​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

  • 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.
    267
  • 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.
    68
  • 20/01/2017

    В ФАНО прошло заседание Межведомственного совета КПНИ по новым технологичным материалам

    ​​В канун Нового 2017 года, в Федеральном агентстве научных организаций прошло первое заседание Межведомственного Совета (МВС) по вопросам, связанным с формированием и реализацией комплексного плана научных исследований "Перспективные материалы с многоуровневой иерархической структурой для новых технологий и надежных конструкций" (КПНИ).
    1435
  • 18/06/2018

    Сибирские ученые превратили сельхозотходы в уникальную наноцеллюлозу

    Сотрудники Института проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук (ИПХЭТ СО РАН) разработали новый дешевый способ получить важный для промышленности материал – бактериальную наноцеллюлозу.
    175
  • 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.
    110
  • 27/12/2017

    Исследователи реализуют проект, позволяющий исправлять мутации ДНК митохондрий

    ​В последнее время все чаще можно услышать о тяжелых наследственных заболеваниях митохондриальной этиологии. Эти недуги вызываются дефектами митохондрий, которые являются своеобразными "энергетическими станциями" клеток организма.
    673
  • 14/02/2018

    Курчатовский институт учит электронный разум решать нестандартные задачи

    Ученые Национального исследовательского центра (НИЦ) "Курчатовский институт" сообщили о перспективных исследованиях в области искусственного интеллекта (ИИ). В НИЦ разрабатываются природоподобные подходы, материалы и технологии, позволяющие значительно снизить энергопотребление искусственных систем и, в частности, роботов.
    473
  • 13/10/2016

    Новосибирские ученые удостоены премии за выдающиеся работы в области катализа

    Премиями имени выдающихся ученых академия наук поощряет научные труды, открытия и изобретения, имеющие большое значение для науки и практики. ​Премия А.А. Баландина учреждена Российской академией наук и присуждается отечественным ученым  за выдающиеся работы в области катализа.
    1549
  • 05/05/2018

    Российские химики нарушили симметрию ради создания противогрибковых препаратов

     Российские ученые разработали новое соединение, ускоряющее химические реакции, которое можно использовать для синтеза лекарств. Благодаря несимметричной структуре оно позволяет соединять в единую систему две молекулы, точно контролируя их расположение в пространстве.
    212
  • 26/03/2018

    Химики готовятся отпраздновать юбилей таблицы Менделеева

    ​В конце прошлого года ООН приняла специальную резолюцию, посвященную науке, технологии и инновациям, и провозгласила 2019 год Международным годом Периодической таблицы химических элементов. Этого события давно ждали и за него боролись исследователи, судьба которых неразрывна с судьбой российской науки.
    531