Цивилизация
Сотрудники Института органической химии имени Н.Д. Зелинского РАН (Москва) разработали экологически безопасный способ «разборки» полимера диоксида германия, благодаря чему они получили стабильные и безопасные соединения германия, необходимые для разработки молекулярных машин, катализаторов и источников тока. Работа проходила в рамках проекта, поддерживаемого грантом Президентской программ исследовательских проектов Российского научного фонда, а ее результаты опубликованы в журнале Dalton Transactions.
Все молекулы в живой природе построены из соединений углерода. Кремний и германий – его ближайшие аналоги, однако, более тяжелые. Они «связывают» органическую химию и материаловедение, так как обладают свойствами и углерода, и металлов. Эти элементы используются в разработке новых катализаторов, источников тока, молекулярных мускулов и машин. Молекулярные машины и мускулы – это молекулы или молекулярные комплексы, которые совершают полезную работу за счет механических движений. Это может быть молекулярная пружина или даже лифт.
Производственные источники германия и кремния – их оксиды: оксид германия получают из цинковой и медной руды, а кремния – из обычного песка. Сложность заключается в том, что в оксидах атомы элементов плотно упакованы в полимер. Чтобы его «разобрать» и «вытащить» оттуда германий и кремний, необходимо применять технологии, в которых используются галогениды – очень ядовитые вещества. Поэтому полученные в ходе этой «разборки» соединения опасны и нестабильны при хранении, а без них получить чистые кремний и германий невозможно.
Авторы статьи решили найти экологически безопасный способ «разобрать» полимер. Для этого они использовали органические соединения, катехолы. Это бензольное кольцо с «клешнями» в виде ОН, способных легко вступать в реакцию. Такое строение позволяет веществам химически «переварить» даже песок. Они содержатся, например, в зеленом чае и даже в человеке, так как гормон адреналин входит в группу катехолов.
«Мы хотели получить в результате разборки полимера экологически безопасное органическое производное германия, способное восстанавливаться электрохимически – это ключ к его превращению в практически полезные соединения. Для этого мало создать органическое производное с катехолом, надо, чтобы в продукте были части, которые стаскивали бы электронное «одеяло» с атома германия и делали его открытым для реагентов, которые превратят его в полезные соединения. Поэтому мы дополнительно наполнили продукт электронодефицитными производными пиридина — слабого основания, которое представляет собой шестичленный гетероцикл с одним атомом азота», – рассказал один из авторов статьи Михаил Сыроешкин, старший научный сотрудник Института органической химии имени Н.Д. Зелинского РАН.
Новый подход позволяет получить очень стабильные и безопасные при хранении соединения. Молекулы по строению напоминают колесо ветряной мельницы, где атом германия выступает осью, которую приводят в движение две молекулы катехола и две – производных пиридина. Полученные соединения могут заменить хлорид германия, который сегодня используют в разных областях – от получения новых наноматериалов для источников тока до молекулярных машин.
«Несмотря на достаточно амбициозные задачи проекта, результат получился еще более широким по своим перспективам, поскольку мы без использования галогенов получили органические производные, в которых германий максимально активирован для самых разных направлений последующей его переработки», – заключил ученый.
