Ученые нашли простой и экологичный способ создавать содержащие азот производные фурана — соединения, из которых можно получить лекарства и прочные полимеры для использования в упаковке и создания композитных материалов. Новый подход уникален тем, что химическая реакция проводится не в растворе: исходные сухие вещества интенсивно перемешивают и растирают. Такая технология позволила получить стабильные продукты, часть из которых при синтезе в жидкости было невозможно уберечь от разрушения. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ) и Правительства Тульской области, опубликованы в журнале Sustainable Chemistry and Pharmacy.
Большинство химических превращений, в ходе которых получают лекарства, полимерные и другие материалы, проводят в растворах. При этом средой для таких реакций служит не обычная вода, а органические растворители, которые улучшают взаимодействие компонентов и помогают очищать их от примесей. Однако после завершения процесса растворители превращаются в отходы, порой сложные в утилизации и небезопасные для природы и человека. Более того, некоторые соединения в растворителях оказываются нестабильны, а потому практически сразу после синтеза разрушаются. Поэтому ученые ищут способы отказаться от растворителей, например, проводя превращения между сухими веществами.
Химики из Тульского государственного университета (Тула) нашли способ получать с помощью подобной «сухой» технологии содержащие азот молекулы для производства полимерных материалов.
В качестве исходных соединений авторы использовали производные фурана — соединения, состоящие из кольца из атомов углерода и кислорода, а также дополнительных химических групп. Эти вещества получают при простой переработке растительных отходов — кукурузной шелухи, рисовой соломы и древесных щепок.
Химики в сухом виде смешали эти молекулы с органическим соединением, содержащим азот, после чего растерли их в ступке. Всего за 15 минут такой обработки 87–99% исходных веществ превратились в нужные продукты — новые производные фурана, содержащие азот. В ходе такой реакции практически не образовалось примесей, а потому полученные вещества не пришлось дополнительно очищать.
«Все новое — это хорошо забытое старое. Хотя твердофазный синтез — классический подход в органической химии, который используется не одну сотню лет, сегодня подавляющее большинство реакций проводится именно в растворах, а не напрямую между взаимодействующими веществами. Однако именно твердофазный подход оказался особенно эффективным для синтеза соединений, которые трудно получить традиционными методами. Некоторые из синтезированных фурановых производных нестабильны в растворах и при использовании обычных органических растворителей могут быстро вступать в нежелательные реакции и разлагаться. Проведение реакции без растворителя позволило избежать этой проблемы и эффективно получить целевые соединения», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Богдан Карлинский, кандидат химических наук, заведующий лабораторией химической конверсии возобновляемой биомассы и органического синтеза Научно-исследовательского центра «БиоХимТех» Тульского государственного университета.
Авторы подчеркивают, что полученные фурановые производные содержат химические группы, позволяющие использовать их в синтезе новых полимерных материалов. Благодаря этому предложенный подход можно рассматривать не только как способ получения отдельных органических соединений, но и как один из этапов создания новых материалов на основе возобновляемого растительного сырья.
«Для нас также важно, что этот подход соответствует принципам "зеленой" химии. Мы не просто сокращаем количество растворителя, а полностью исключаем его на стадии синтеза. При этом реакция проходит при комнатной температуре и не требует сложного оборудования. В дальнейшем интересно перейти от лабораторного способа к масштабированию подобных процессов и оценить, для каких классов соединений предложенный метод может стать реальной альтернативой традиционному синтезу в растворах», — подводит итог участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Анастасия Голышева, научный сотрудник лаборатории химической конверсии возобновляемой биомассы и органического синтеза Научно-исследовательского центра «БиоХимТех» Тульского государственного университета.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
