Ородруин не страшен: химики синтезировали циклические силиконы, устойчивые к высоким температурам и радиации
Ученые МФТИ совместно с коллегами из ИНЭОС РАН модифицировали ранее разработанный ими метод получения силоксановых макроциклов заданного размера. В присутствии платинового катализатора к звеньям цикла присоединяются карбораны — бороуглеродные многогранники, придавая полимерам стойкость к высоким температурам, окислению и радиации. Подобные соединения интересны, в частности, для атомной промышленности, где могут быть использованы в качестве покрытий и смазок. Результаты проведенных исследований опубликованы в журнале New Journal of Chemistry.
Силиконы, или силоксаны, — неорганические полимеры, в цепи которых чередуются атомы кремния и кислорода. Эти соединения очень разнообразны, недаром писатели фантазируют о кремниевой жизни. Силиконы обладают уникальными свойствами: они устойчивы к высоким и низким температурам, инертны и малогорючи, за счет чего широко используются в самых разных областях — от смазок и пеногасителей до медицинских имплантатов и компонентов косметики. Подобно органическим полимерам, силоксаны могут образовывать и циклические соединения, потенциал применения которых очень велик.
«В 2016 году Жану-Пьеру Саважу, Фрейзеру Стоддарту и Бернарду Феринге была присуждена Нобелевская премия в области химии за проектирование и синтез молекулярных машин, — рассказывает Антон Анисимов, заведующий лабораторией кремнийорганических соединений ИНЭОС РАН, заведующий кафедрой химической физики функциональных материалов МФТИ. — В основе этих машин органические макроциклы, то есть молекулы, содержащие кольца из девяти и более атомов углерода. Конечно, интересно попробовать создать молекулярные машины и на базе силоксанов. Но методами традиционной кремнийорганической химии получать силоксановые макроциклы очень тяжело — по сути, мы первые, кто разработал действительно рабочий подход к их синтезу. Сегодня мы можем не только синтезировать такие молекулы, но и модифицировать, получая соединения с новыми свойствами».
Метод, разработанный коллективом ученых в 2016 году, предусматривает получение силоксановых макроциклов из более сложных соединений — полиэдрических органометаллосилоксанов. Эти молекулы имеют сэндвичевую или глобулярную структуру, в центре которой находятся ионы металлов. К матрице из металлов присоединены один или два макроциклических фрагмента. Чтобы освободить их, органометаллосилоксаны обрабатывают хлордиметилсиланом или диметилвинилхлорсиланом. В итоге химики могут получить циклы различных размеров (из 4, 5, 6, 8 и 12 –SiO– звеньев). Стоит отметить, что альтернативный метод синтеза существует только для восьмичленных макроциклов.
К этим соединениям можно добавить функциональные макрогруппы, получая, таким образом, вещества с новыми свойствами. В текущей работе в качестве таких групп выступили карбораны.
«Одно из базовых применений карборанов — это бор-нейтронозахватная терапия (БНЗТ). Их вводят в раковую опухоль, где они под воздействием излучения распадаются на высокоэнергетические частицы, которые убивают злокачественные клетки. В материаловедении карбораны в основном используются как защитные покрытия», — поясняет Антон Анисимов.
Как ожидают химики, предложенный ими способ введения карборанов в структуру силоксановых макроциклов откроет путь к уникальным соединениям с повышенной термоокислительной и радиационной стабильностью.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 21-73-10178). Характеристика полученных соединений выполнена при финансовой поддержке от Министерства науки и высшего образования Российской Федерации с использованием оборудования Центра исследования молекулярного состава ИНЭОС РАН.
Узнавайте первыми главные энергетические новости и актуальную информацию о важных событиях дня в России и мире.
Подписывайтесь на наш Telegram-канал
"ГИС-Профи. Информационное сопровождение предприятий энергетической отрасли"