Силиконы широко используются в медицине, фармацевтике, автомобиле-, корабле- и авиастроении. Они входят в состав многих средств личной гигиены, медицинских имплантов, смазочных материалов, герметиков, лаков и красок. Получают силиконы только искусственно, например, химически присоединив кремнийсодержащие молекулы к продуктам переработки нефти и природного газа — алкенам. Для такой реакции нужны катализаторы на основе платины. Они очень дорогие, поэтому исследователи ищут альтернативные соединения для синтеза силиконов.
Ученые Института нефтехимического синтеза имени А. В. Топчиева РАН с коллегами предложили использовать катализатор на основе более дешевого и доступного металла — марганца. Это соединение, помимо марганца, содержит атомы углерода и кислорода. С его помощью можно проводить реакцию, необходимую для получения силиконов, но она требует освещения ультрафиолетом или нагревания до 120°С.
Эксперименты показали, что производное спирта с шестью атомами фтора помогло катализатору работать при действии солнечного света и комнатной температуре. При этом эффективность превращения достигла 95%. Это значит, что почти все взятые в реакцию вещества превратились в искомые продукты — силиконы.
«Катализатор на основе марганца ранее уже использовался в подобных реакциях, но его приходилось активировать или при высокой температуре, или под действием ультрафиолета. Мы добавили в реакционную смесь фторированный спирт, что обеспечило высокую эффективность превращения при комнатной температуре и под действием обычного белого света», — рассказала Ирина Гончарова, младший научный сотрудник группы «Катализ в кремнийорганической химии» Института нефтехимического синтеза имени А. В. Топчиева РАН.
Ученые сконструировали микрофлюидный реактор — прототип установки для синтеза силиконов в промышленных масштабах. Это устройство имеет вид длинной и тонкой прозрачной трубки, в которую с помощью насосов непрерывно подаются необходимые для синтеза вещества и катализатор.
«Микрофлюидные установки просты в конструировании и использовании. Еще одно их преимущество в том, что можно следить за реакцией в трубке "на лету". Пока мы предложили первый прототип проточного реактора, который будем совершенствовать, чтобы масштабировать получение силиконов», — отметил один из авторов работы Андрей Терещенко, инженер Международной исследовательской лаборатории нанодиагностики Южного федерального университета.
В исследовании также принимали участие сотрудники Института элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова РАН, Южного федерального университета и Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова.
Результаты исследования, поддержанного грантами Российского научного фонда, опубликованы в журнале Journal of Catalysis.
