Представляем технологию окисления бензола в фенол закисью азота, разрабатываемую в новосибирском Институте катализа им. Г. К. Борескова СО РАН.

Кислород является самым распространенным химическим элементом на Земле. Если учитывать достаточно полно исследованную часть планеты, то из более чем 100 известных элементов свыше половины ее состава - 53,6 % (ат.) занимает кислород [1]. Поэтому неудивительно, что реакции с участием О₂ играют столь большую роль в окружающей нас среде, и особенно в живой природе. Биологический цикл кислорода можно свести к его присоединению в животном мире (процессдыхания) и выделению в растительном мире (процесс фотосинтеза). Поддержание этого тонкого баланса, на острие которого и существует жизнь, достигается через множество окислительно-восстановительных реакций, регулируемых ферментами  уникальными катализаторами, над совершенством которых Природа трудилась миллионы лет.

Хотя искусственные катализаторы далеко не так совершенны, как ферменты, окислительные реакции играют большую роль и в нашей технической деятельности. В течение четырех последних десятилетий в области окислительного катализа достигнуты огромные успехи. Они привели к созданию почти двух десятков новых технологий [2—5], среди которых такие широко известные процессы, как окисление пропилена в акролеин и акриловую кислоту, эпоксидирование пропилена, окисление бутилена и бутана в малеиновый ангидрид и др. Эти процессы в значительной мере изменили саму структуру химической промышленности. Отметим, что один из этих процессов – окислительное ацилирование этилена в винилацетат – создан на базе открытия, сделанного в России. Реакция, лежащая в его основе, была впервые проведена в 1960 г. И.И. Моисеевым и соавт.

Особо следует выделить роль окислительного катализа как главного инструмента нейтрализации вредных химических отходов с целью защиты окружающей среды. Успехи экологического катализа в значительной мере помогли изменить образ химии в глазах общества  от губителя природы до ее друга и спасителя.

Развитие работ как в области селективного окисления, так и в области защиты окружающей среды рассмотрено в целом ряде книг и обзоров, с которыми периодически выступают ведущие специалисты по катализу [7—15]. Но есть область окислительного катализа, в которой, несмотря на большие усилия, успехи остаются весьма скромными. Это реакции окислительного гидроксилирования парафинов и ароматических соединений. Потребность в таких реакциях велика - это cинтез разнообразных спиртов и фенолов. В настоящее время их получают путем сложных многостадийных процессов. В качестве примера можно привести две простейшие реакции этого типа, которые нередко включают в число десяти труднейших проблем современной химии [16]: окисление метана в метанол и окисление бензола в фенол.

Для проведения первой реакции метан сначала превращают в СО и Н₂, а окисление бензола в фенол осуществляют через трехстадийный кумольный процесс.В то же время в живой природе эти реакции легко протекают с участием ферментов монооксигеназ в однустадию путем простого присоединения одного атома кислорода к окисляемой молекуле [17]. Попытки понять и воспроизвести уникальную способность монооксигеназ наталкиваются на трудность, связанную с созданием искусственных систем, которые обеспечивали бы столь эффективную активацию кислорода [18, 19].

Для достижения лучших результатов исследователи пытаются вместо О₂ применить нетрадиционные окислители в виде различных кислородсодержащих молекул. Среди них наибольшее внимание привлекают пероксид водорода Н₂О₂ и закись азота N₂O, с использованием которых связаны недавние успехи в этой трудной области. Наибольший прогресс достигнут в отношении реакции окисления бензола в фенол.