​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, кратко о ней рассказывается в пресс-релизе фонда.

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.

Похожие новости

  • 20/11/2018

    Российские ученые смоделировали образование активного кислорода на стенке клетки

    Удалось изучить активность веществ, образующихся во время лечения опухоли на оболочке раковых клеток и окисляющих их. Исследование провели сотрудники Института физической химии и электрохимии имени А.Н.
    113
  • 22/08/2018

    Российские химики занимаются дизайном и исследованием сложных органических систем

    Если в прошлом веке химия занималась изучением относительно простых соединений, то сейчас химики исследуют сложные молекулярные органические и гибридные системы (включающие в себя неорганические и органические компоненты, в том числе наночастицы).
    204
  • 18/10/2018

    Пол-иголки в стоге сена: новый экспресс-метод найдет ультрамалые концентрации низкомолекулярных веществ

    ​​Российские исследователи из Института общей физики им. А. М. Прохорова РАН и Московского физико-технического института разработали первый в мире ультрачувствительный метод быстрой детекции низкомолекулярных соединений.
    231
  • 28/03/2018

    Российские химики раскрыли механизм важнейшей для промышленности реакции

    ​Механизм важнейшей окислительной реакции Байера-Виллигера, известной больше ста лет, раскрыт международной группой ученых. Реакция является универсальным путем получения эфиров органических кислот - базовых соединений для химической промышленности.
    411
  • 15/08/2018

    Описаны механизмы увеличения энергии электронов в химических реакциях

    ​Ученые описали, как можно увеличить энергию электронов в ходе химических реакций. Принципы этого процесса используются в химическом синтезе, однако детально их ранее не исследовали. Работа выполнена при поддержке гранта РНФ и опубликована в журнале Angewandte Chemie.
    309
  • 25/09/2018

    Физики измерили намагниченность диэлектрика за одну триллионную долю секунды

    Коллектив ученых из России, Германии, Швеции и Японии разработал способ изменить намагниченность диэлектрика, воздействуя на него сверхкороткими лазерными импульсами. Ученым удалось добиться времени изменения намагниченности в одну пикосекунду – это в 100 раз меньше, чем предполагалось ранее.
    221
  • 06/11/2018

    Российские физики разработали новую микроволновую антенну

    ​Ученые из Университета ИТМО совместно с коллегами из Физического института имени П. Н. Лебедева РАН предложили новую микроволновую антенну, которая создает однородное магнитное поле в большом объеме и позволяет синхронизировать электронные спины группы дефектов в структуре наноалмаза.
    174
  • 20/07/2018

    Физики из России создали «лампочку» из оптоволокна, работающую в космосе

    ​Российские ученые создали прототип оптоволоконных источников света, способных работать в космосе и не разрушаться под действием радиации. "Инструкции" по их сборке были опубликованы в Journal of Lightwave Technology.
    276
  • 23/08/2018

    Российские ученые исследуют гены опасного поведения

    ​Новое исследование российских генетиков поможет объяснить и предупредить возникновение агрессивного поведения. Эти сведения нужны для понимания механизмов влияния генов на проявление характера и поступки.
    334
  • 16/10/2018

    Профессор Ильдар Габитов: электроника зашла в тупик

    ​Фотонный компьютер, Wi-Fi из лампочки, материалы-невидимки, боевые лазеры и сверхчувствительные сенсоры... Все это плоды одной и той же науки - фотоники. О том, почему именно свет сегодня стал объектом изучения чуть ли не для половины физиков во всем мире, "Огоньку" рассказал профессор Сколтеха Ильдар Габитов.
    237