Российские ученые предложили новый способ получения силоксанолов в «зеленых» условиях
04.06.2018
Российские ученые разработали новый метод получения
особого класса кремнийорганических соединений – силоксанолов. Он позволит
создавать вещества с использованием дешевых и безопасных реагентов, при
комнатной температуре и атмосферном давлении, с применением молекулярного
кислорода. Полученные силоксанолы открывают перспективы для создания уникальных
механически прочных, самозалечивающихся, электропроводящих и других материалов.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Green Chemistry, а также были
представлены на VI научной
молодежной школе-конференции «Химия, физика, биология: пути интеграции» и XIV Андриановской конференции. Работа поддержана грантами Российского научного
фонда (РНФ).
Материалы, объединенные под
общим названием «силиконы», или «силоксаны», состоят из чередующихся атомов
кислорода и кремния. При сравнительно небольших объемах производства они
обеспечивают развитие авиационного и космического аппаратостроения, электронной
техники, имеют огромное значение для создания комфортной среды обитания
человека. Такая обширная область применения
силиконовых материалов связана с их уникальными свойствами: устойчивостью к
низкой и высокой температуре, радиации, совместимостью с биологическими тканями
и так далее.
Несмотря на все эти
преимущества, у силиконов имеются существенные недостатки, которые сужают
область их применения: низкая механическая прочность и несовместимость с
органическими полимерами. Это связано с очень слабым межмолекулярным
взаимодействием между цепями таких соединений. Если добавить в цепочку так
называемые полярные функциональные группы, например, гидроксильную (-OH), то можно усилить межмолекулярное взаимодействие полимерных
цепей и, как следствие, придать материалу механическую прочность. Однако большинство
существующих методов либо не позволяет внедрить полярную функциональную группу из-за
жестких условий проведения процесса, либо является неприемлемым в силу
дороговизны, коммерческой недоступности и токсичности реагентов.
Авторы нового исследования
нашли эффективный способ получить силоксаны с полярной гидроксильной группой –
силоксанолы – в условиях аэробного окисления коммерчески доступных силоксанов
определенного типа. Новая методика, позволяющая получать силоксанолы по
принципам «зеленой» химии (сводя негативное влияние на окружающую среду к
минимуму), описана в исследовании ученых из Института элементоорганических
соединений (ИНЭОС) имени А.Н. Несмеянова РАН в сотрудничестве с ученными из
Института синтетических полимерных материалов имени Н.С. Ениколопова и
Института молекулярной биологии имени В.А. Энгельгардта РАН.
«Одним из наиболее
привлекательных подходов для решения этих проблем являются процессы аэробного
окисления – процессы, в которых окислителем, либо источником атома кислорода в
составе конечного продукта служит кислород. С использованием процессов
аэробного окисления в мягких условиях – комнатная температура, атмосферное
давление – с применением дешевых и коммерчески доступных реагентов можно
получать как новые, так и промышленно важные продукты. На этом методе основан
ряд промышленно важных процессов», — рассказал один из авторов исследования,
Ашот Арзуманян, старший научный сотрудник лаборатории кремнийорганических
соединений имени К.А. Андрианова ИНЭОС РАН.
Ученые предложили универсальный
и простой подход к введению гидроксильной группы в силоксаны, который позволит
создавать уникальные силиконовые материалы с высокой механической прочностью,
совместимостью с органическими полимерами, возможностью самозалечивания,
электропроводящими, жидкокристаллическими и другими свойствами. По заявлению
авторов, их разработка стоит на пути к получению гибридных силоксанов для
нового поколения высокотехнологичных приборов, устройств и механизмов.
«В нашей работе предложен
высокоэффективный метод синтеза кремнийорганических продуктов – силоксанолов,
который основан на окислении кислородом соответствующих гидридсилоксанов. Данный
подход базируется на «зеленых», коммерчески доступных, дешевых, простых
реагентах и мягких реакционных условиях: атмосферном давлении и температуре 25–60
℃. Реакция является общей для получения как мономерных,
так и полимерных силоксанолов различной структуры: линейных, разветвленных и
циклических. С применением этого метода
получены как описанные, так и неописанные ранее силоксанолы. Таким образом, переход
на «зеленые» реакционные условия оказался не только принципиально важным
экологическим решением, но и, пожалуй, наиболее перспективным с синтетической
точки зрения для выполнения поставленных задач», — добавил ученый.
Пресс-служба Российского научного фонда