Petroleum ChemistryPetroleum ChemistryНефтехимия0028-24213034-5626The Russian Academy of Sciences67741710.31857/S0028242124060056MFINQIArticlesСтатьиResearch ArticleСамоконденсация циклогексанона в среде азота и водорода в присутствии катализаторов на основе сульфированных пористых ароматических каркасовСамоконденсация циклогексанона в среде азота и водорода в присутствии катализаторов на основе сульфированных пористых ароматических каркасовhttps://orcid.org/0000-0002-7665-5404КуликовЛеонид Андреевич
Russian Federation
mailforleonid@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0004-2410-1727ЛянШан
Russian Federation
mailforleonid@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7196-0082СиниковаНаталья Александровна
Russian Federation
mailforleonid@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9297-4950МаксимовАнтон Львович
Russian Federation
mailforleonid@mail.ruМосковский государственный университет имени М. В. ЛомоносоваИнститут нефтехимического синтеза им. А. В. Топчиева РАН1512202464660061020032025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0028-2421/article/view/677417

В работе изучено протекание реакции самоконденсации циклогексанона в присутствии катализаторов на основе сульфированных пористых ароматических каркасов типа PAF-30-SO3H, содержащих 2.5–7.5 мас. % серы, а также платинового катализатора PAF-30-SO3H(5%)–Pt(1%). Установлена зависимость состава образующихся продуктов от содержания серы в катализаторах, а также от температуры и времени реакции. Показана возможность получения бициклогексила при самоконденсации циклогексанона в присутствии катализатора PAF-30-SO3H(5%)–Pt(1%) и проведено сравнение выходов данного продукта при проведении реакции в ступенчатом режиме (конденсация– гидрирование) и в режиме последовательных химических реакций только в одном реакторе — one-pot-режим.

В работе изучено протекание реакции самоконденсации циклогексанона в присутствии катализаторов на основе сульфированных пористых ароматических каркасов типа PAF-30-SO3H, содержащих 2.5–7.5 мас. % серы, а также платинового катализатора PAF-30-SO3H(5%)–Pt(1%). Установлена зависимость состава образующихся продуктов от содержания серы в катализаторах, а также от температуры и времени реакции. Показана возможность получения бициклогексила при самоконденсации циклогексанона в присутствии катализатора PAF-30-SO3H(5%)–Pt(1%) и проведено сравнение выходов данного продукта при проведении реакции в ступенчатом режиме (конденсация– гидрирование) и в режиме последовательных химических реакций только в одном реакторе — one-pot-режим.

циклогексанонпористые ароматические каркасыконденсациякислотные катализаторынаночастицыплатинагидрированиеПравительство Российской ФедерацииGovernment of the Russian Federation121031300092-6Куликова М.В., Крылова А.Ю., Крысанова К.О., Куликов А.Б., Максимов А. Л. Механизмы низкотемпературных процессов конверсии биомассы (обзор) // Наногетерогенный катализ. 2023. Т. 8. № 1. С. 3–17. https://doi.org/10.56304/S241421582301001XГолубева М.А., Захарян Е.М., Максимов А.Л. Фосфиды переходных металлов (Ni, Co, Mo, W) для гидродеоксигенации продуктов переработки биомассы (обзор) // Наногетерогенный катализ. 2020. Т. 5. № 2. С. 89–111. https://doi.org/10.1134/S2414215820020045Дементьева О.С., Арапова О.В., Наранов Е.Р. Современные достижения в области каталитической переработки лигнинсодержащей биомассы в ценные химические продукты (обзор) // Нефтехимия. 2024. Т. 64. № 2. С. 99–125. https://doi.org/10.31857/S0028242124020015Арутюнов В.С. Водородная энергетика: значение, источники, проблемы, перспективы (обзор) // Нефтехимия. 2022. Т. 62. № 4. С. 459–470. https://doi.org/10.31857/S0028242122040025. [Arutyunov V.S. Hydrogen Energy: Significance, Sources, Problems, and Prospects (A Review) // Petrol. Chemistry. 2022. V. 62, № 6. P. 583–593. https://doi.org/10.1134/S0965544122040065]Goloveshkin A.S., Lenenko N.D., Buzin M.I., Zaikovskii V.I., Naumkin A.V., Golub A. S. Organic interlayers boost the activity of MoS2 toward hydrogen evolution by maintaining high 1T/2H phase ratio // Int J. Hydrogen Energy. 2023. V. 48. № 28. P. 10555–10565. https://doi.org/10.1016/J.IJHYDENE.2022.11.240Филиппов С.П., Ярославцев А.Б. Водородная энергетика: перспективы развития и материалы // Успехи химии. 2021. Т. 90. № 6. С. 627–643. https://doi.org/10.1070/RCR5014Магомедова М.В., Старожицкая А.В., Галанова Е.Г., Матевосян Д.В., Егазарьянц С.В., Максимов А. Синтез жидких углеводородов из СО2 в одну стадию с использованием гибридных сокристаллизованных цеолитных структур // Нефтехимия. 2023. Т. 63. № 6. С. 867–877. https://doi.org/10.31857/S0028242123060060. [Magomedova M.V., Starozhitskaya A.V., Galanova E.G., Matevosyan D.V., Egazar’yants S.V., Maximov A.L. One-step synthesis of liquid hydrocarbons from СО2 using hybrid intergrowth structure zeolites // Petrol. Chemistry. 2023. V. 63. № 10. P. 1219–1227. https://doi.org/10.1134/S0965544123080091]Панин А.А., Колесниченко Н.В., Снатенкова Ю.М., Матиева З.М., Максимов А.Л. Гидрирование СО2 в углеводороды на бифункциональных катализаторах // Нефтехимия. 2023. Т. 63. № 6. С. 886–895. https://doi.org/10.31857/S0028242123060084Дементьев К.И., Дементьева О.С., Иванцов М.И., Куликова М.В., Магомедова М.В., Максимов А.Л., Лядов А.С., Старожицкая А.В., Чудакова М.В. Перспективные направления переработки диоксида углерода с использованием гетерогенных катализаторов (обзор) // Нефтехимия. 2022. Т. 62. № 3. С. 289–327. https://doi.org/10.31857/S0028242122030017. [Dement’ev K.I., Dementeva O.S., Ivantsov M.I., Kulikova M.V., Magomedova M.V., Maximov A.L., Lyadov A.S., Starozhitskaya A.V., Chudakova M.V. Promising approaches to carbon dioxide processing using heterogeneous catalysts (A Review) // Petrol. Chemistry. 2022. V. 62. № 5. P. 445–474. https://doi.org/10.1134/S0965544122050012]Кузнецов Н.Ю., Максимов А.Л., Белецкая И.П. Синтез акриловой кислоты и акрилатов из СО2 и этилена — тернистый путь от мечты к реальности // Успехи химии. 2024. Т. 93. № 9. RCR5147. https://doi.org/10.59761/RCR5147Liu Q., Jia T., Pan L., Shen Z., Han Z., Zhang X., Zou J.J. Relationship between molecular structure and pyrolysis performance for high-energy-density fuels // Fuel. 2024. V. 358. ID130342. https://doi.org/10.1016/J.FUEL.2023.130342Wang X., Jia T., Pan L., Liu Q., Fang Y., Zou J.J., Zhang X. Review on the relationship between liquid aerospace fuel composition and their physicochemical properties // Transactions of Tianjin University. 2021. V. 27. № 2. P. 87–109. https://doi.org/10.1007/S12209-020-00273-5Макарян И.А., Седов И.В., Максимов А.Л. Хранение водорода с использованием жидких органических носителей (обзор) // Журнал прикладной химии. 2020. Т. 93. № 12. С. 1716–1733. https://doi.org/10.31857/S0044461820120038Kalenchuk A.N., Bogdan V.I., Dunaev S.F., Kustov L.M. Effect of surface hydrophilization on Pt/Sibunit catalytic activity in bicyclohexyl dehydrogenation in hydrogen storage application // Int J Hydrogen Energy. 2018. V. 43. № 12. P. 6191–6196. https://doi.org/10.1016/J.IJHYDENE.2018.01.121Байгильдин И.Г., Изергина Е.А., Таланова М.Ю., Караханов Э.А., Максимов А.Л., Вутолкина А.В. Выделение водорода из газовых смесей путем его химического связывания при гидрировании ароматических соединений с использованием дисперсных Ni–Mo-сульфидных катализаторов // Наногетерогенный катализ. 2023. Т. 8. № 1. С. 46–55. https://doi.org/10.56304/S2414215823010057Байгильдин И.Г., Караханов Э.А., Максимов А.Л., Вутолкина А.В. Гидрирование бифенила с использованием синтез-газа для очистки и транспортировки водорода: возможность применения дисперсных каталитических систем на основе сульфидов переходных металлов // Наногетерогенный катализ. 2021. Т. 6. № 2. С. 114–121. https://doi.org/10.56304/S2414215821020027Gundekari S., Srinivasan K., Biswas B., Bhaskar T., Varkolu M. Catalytic approaches for the selective preparation of cyclohexanone from lignin-based methoxyphenols/phenols // Biomass, Biofuels, Biochemicals: Lignin Biorefinery. 2021. P. 301–327. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-820294-4.00013-2Meng Q., Hou M., Liu H., Song J., Han B. Synthesis of ketones from biomass-derived feedstock // Nature Communications 2017 8:1. 2017. V. 8. № 1. P. 1–8. https://doi.org/10.1038/ncomms14190Li X., Sun J., Shao S., Hu X., Cai Y. Aldol condensation/hydrogenation for jet fuel from biomass-derived ketone platform compound in one pot // Fuel Processing Technology. 2021. V. 215. ID106768. https://doi.org/10.1016/J.FUPROC.2021.106768Arumugam M., Kikhtyanin O., Osatiashtiani A., Kyselová V., Fila V., Paterova I., Wong K.L., Kubička D. Potassium-modified bifunctional MgAl-SBA-15 for aldol condensation of furfural and acetone // Sustain Energy Fuels. 2023. V. 7. № 13. P. 3047–3059. https://doi.org/10.1039/D3SE00444AShen W., Tompsett G.A., Hammond K.D., Xing R., Dogan F., Grey C.P., Conner W.C., Auerbach S.M., Huber G.W. Liquid phase aldol condensation reactions with MgO–ZrO2 and shape-selective nitrogen-substituted NaY // Appl Catal A Gen. 2011. V. 392. № 1–2. P. 57–68. https://doi.org/10.1016/J.APCATA.2010.10.023Xu J., Li N., Yang X., Li G., Wang A., Cong Y., Wang X., Zhang T. Synthesis of diesel and jet fuel range alkanes with furfural and angelica lactone // ACS Catal. 2017. V. 7. № 9. P. 5880–5886. https://doi.org/10.1021/ACSCATAL.7B01992Martín A., Arribas-Yuste E., Paniagua M., Morales G., Melero J.A. Efficient self-condensation of cyclohexanone into biojet fuel precursors over sulfonic acid-modified silicas: insights on the effect of pore size and structure // ACS Sustain Chem Eng. 2024. V. 12. № 27. P. 10175–10185. https://doi.org/10.1021/ACSSUSCHEMENG.4C01956Deng Q., Han P., Xu J., Zou J.J., Wang L., Zhang X. Highly controllable and selective hydroxyalkylation/alkylation of 2-methylfuran with cyclohexanone for synthesis of high-density biofuel // Chem Eng Sci. 2015. V. 138. P. 239–243. https://doi.org/10.1016/J.CES.2015.08.025Makeeva D., Kulikov L., Zolotukhina A., Maximov A., Karakhanov E. Functionalization strategy influences the porosity of amino-containing porous aromatic frameworks and the hydrogenation activity of palladium catalysts synthesized on their basis // Molecular Catalysis. 2022. V. 517. ID112012. https://doi.org/10.1016/J.MCAT.2021.112012Kulikov L., Dubiniak A., Makeeva D., Egazar`yants S., Maximov A., Karakhanov E. Ruthenium catalysts based on porous aromatic frameworks synthesized by modified impregnation methods for hydrogenation of levulinic acid and its esters // Materials Today Sustainability. 2023. P. 100637. https://doi.org/10.1016/J.MTSUST.2023.100637Kulikov L.A., Bazhenova M.A., Bolnykh I.S., Maximov A.L., Karakhanov E.A. Hydroconversion of guaiacol family molecules over platinum catalysts based on porous aromatic frameworks // Catal Letters. 2024. P. 1–17. https://doi.org/10.1007/S10562-024-04793-WBazhenova M.A., Kulikov L.A., Makeeva D.A., Maximov A.L., Karakhanov E.A. Hydrodeoxygenation of lignin-based compounds over ruthenium catalysts based on sulfonated porous aromatic frameworks // Polymers 2023. V. 15. № 23. ID4618. https://doi.org/10.3390/POLYM15234618Куликов Л.А., Ярчак В.А., Золотухина А.В., Максимов А.Л., Караханов Э.А. Катализаторы эпоксидирования циклогексена на основе пористых ароматических каркасов // Нефтехимия. 2020. Т. 60, № 5. С. 701–707. https://doi.org/10.31857/S0028242120050160. [Kulikov L.A., Yarchak V.A., Zolotukhina A.V., Maksimov A.L., Karakhanov E.A. Cyclohexene epoxidation catalysts based on porous aromatic frameworks // Petrol. Chemistry. 2020. V. 60. № 9. P. 1087–1093. https://doi.org/10.1134/S0965544120090169]Akopyan A.V., Kulikov L.A., Polikarpova P.D., Shlenova A.O., Anisimov A.V., Maximov A.L., Karakhanov E.A. Metal-free oxidative desulfurization catalysts based on porous aromatic frameworks // Ind Eng Chem Res. 2021. V. 60. № 25. P. 9049–9058. https://doi.org/10.1021/ACS.IECR.1C00886Куликов Л.А., Баженова М.А., Больных Ю.С., Макеева Д.А., Теренина М.В., Кардашева Ю.С., Максимов А.Л., Караханов Э.А. Алкилирование гваякола спиртами на пористых ароматических каркасах, модифицированных сульфогруппами // Нефтехимия. 2022. Т. 62. № 6. С. 932–941. https://doi.org/10.31857/S0028242122060156. [Kulikov L.A., Bazhenova M.A., Bolnykh Y.S., Makeeva D.A., Terenina M.V., Kardasheva Y.S., Maximov A.L., Karakhanov E.A. Alkylation of guaiacol with alcohols on porous aromatic frameworks modified with sulfo groups // Petrol. Chemistry. 2022. V. 62. P. 1195–1203. https://doi.org/10.1134/S0965544122100012]Karakhanov E.A., Gotszyun M., Kryazheva I.S., Talanova M.Yu., Terenina M.V. Alkylation of phenol with olefins in the presence of catalysts based on mesoporous aromatic frameworks // Russ. Chem. Bulletin. 2017. V. 66. № 1. P. 39–46. https://doi.org/10.1007/s11172-017-1697-8Таланова М.Ю., Ярчак В.А., Караханов Э.А. Кислотные катализаторы на основе мезопористых ароматических каркасов в альдольной конденсации фурфурола с некоторыми карбонильными соединениями // Журнал прикладной химии. 2019. Т. 92. № 6. С. 800–807. https://doi.org/10.1134/S0044461819060136Maximov A., Zolotukhina A., Kulikov L., Kardasheva Y., Karakhanov E. Ruthenium catalysts based on mesoporous aromatic frameworks for the hydrogenation of arenes // Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis. 2016. V. 117. № 2. P. 729–743. https://doi.org/10.1007/s11144-015-0956-7Noda Y., Li K., Engler A.M., Elliott W.A., Rioux R.M. Development of a robust sulfur uantification and speciation method for SBA-15-supported sulfonic acid catalysts // Catal Sci Technol. 2016. V. 6. № 15. P. 5961–5971. https://doi.org/10.1039/C6CY00292GNimmanwudipong T., Runnebaum R.C., Tay K., Block D.E., Gates B.C. Cyclohexanone conversion catalyzed by Pt/γ-Al2O3: Evidence of oxygen removal and coupling reactions // Catal Letters. 2011. V. 141. № 8. P. 1072–1078. https://doi.org/10.1007/S10562-011-0659-2Zou Z., Yu Z., Guan W., Liu Y., Yao Y., Han Y., Li G., Wang A., Cong Y., Liang X., Zhang T., Li N. Selective production of methylindan and tetralin with xylose or hemicellulose // Nature Communications 2024 15:1. 2024. V. 15. № 1. P. 1–12. https://doi.org/10.1038/s41467-024-48101-xChen Y., Yuan S., Yin H., Chen Z., Mao C. Kinetics of the reversible dimerization reaction of cyclohexanone over γ-alumina catalyst // Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis. 2011. V. 102. № 1. P. 183–194. https://doi.org/10.1007/S11144-010-0250-7Aragón J.M., Vegas J.M. R., Jodra L.G. Self-Condensation of cyclohexanone catalyzed by Amberlyst-15. study of diffusional resistances and deactivation of the catalyst // Ind Eng Chem Res. 1994. V. 33. № 3. P. 592–599. https://doi.org/10.1021/IE00027A016