Отечественные открытия в области нанокатализа

Авторский коллектив сотрудников Института химии новых материалов (ИХНМ) назван в числе победителей конкурса «ТОП-10», который проводит Национальная академия наук Беларуси. Таким образом в области фундаментальных и прикладных исследований ежегодно оцениваются и отмечаются результаты деятельности отечественных ученых.

Представители ИХНМ награждены за создание алюмосиликатных материалов нанотрубчатой структуры на основе каолина с высокой каталитической активностью и селективностью. Рассказывает один из непосредственных участников проекта — кандидат химических наук заведующий лабораторией лесохимических продуктов и технологий ИХНМ Александр СИДОРЕНКО:

— Синтез химических продуктов из возобновляемого сырья, например древесины и ее компонентов, — перспективное направление деятельности нашей лаборатории. Совместно с коллегами из России, Финляндии, Португалии и Колумбии мы разрабатываем методы получения гетероциклических соединений с высокой биоактивностью из терпеноидов, входящих в состав скипидаров и эфирных масел. Так, ученые Сибирского отделения РАН получили ряд перспективных для фармацевтической отрасли соединений с высокой анальгетической, антивирусной, противораковой и другими видами активности. Наша же задача состоит в разработке эффективных катализаторов и методов получения этих продуктов с высокими выходами в «мягких» условиях.

— Знаю, несколько лет назад ученые ИХНМ уже выходили в финал конкурса «ТОП-10». Нынешняя работа — продолжение предыдущей или это абсолютно самостоятельный проект?

— Созданные нами нанокатализаторы нового поколения на основе галлуазитовых нанотрубок для синтеза гетероциклических соединений вошли в ТОП-10 НАН Беларуси по итогам 2018 года. Но за прошедшее время мы значительно продвинулись в исследованиях в области нанокатализа.

Например, как известно, на основе α-пинена (основного компонента живичного скипидара) в несколько стадий может быть получен ряд соединений с высокой анальгетической активностью. Мы доказали, что на модифицированных особым образом галлуазитовых нанотрубках выходы этих веществ могут быть увеличены практически до 90%, в то время как на обычных катализаторах они редко превышают 50%. При этом за счет изменения условий такой модификации можно управлять соотношением стереоизомеров образующихся гетероциклов.

Кроме того, мы разработали способы получения тетрагидропирановых соединений с различными ароматами. Целевым потребителем этих веществ может стать парфюмерная промышленность. 

Результаты научных исследований обсуждают Александр Сидоренко
и Владимир Агабеков

— В чем особенность созданных вами алюмосиликатов с нанотрубчатой структурой?

— Такие материалы представляют собой хорошую основу для создания новых катализаторов органических реакций. Однако природные галлуазитовые нанотрубки характеризуются неоднородностью по размеру, химическому составу и пористой структуре, что вызывает вопросы в части воспроизводимости результатов исследования. К тому же месторождения галлуазита есть в США, Новой Зеландии, Китае, других странах, а вот в Беларуси залежей этого полезного ископаемого нет. Поэтому нашим ученым приходилось закупать сырье за рубежом.

Однако у академика Владимира Еноковича Агабекова возникла идея попробовать создать синтетические нанотрубки из обыкновенной белой глины — каолина, которым Беларусь богата.

В своей лаборатории мы отработали технологию получения нанотрубок из каолина в «мягких» условиях при очень низком количестве метанола, необходимого для их формирования. На это ушло около двух лет кропотливой работы. В результате из белорусского каолина, взятого в Житковичском районе, получены нанотрубки длиной около 1 000 нм и диаметром 50—60 нм. Преимущество нанотрубок из каолина в их однородности по размеру.

Исследования показывают, что полученные нами нанотрубчатые алюмосиликаты после кислотной модификации обладают высокой каталитической активностью, а их селективность превосходит таковую на галлуазитовых нанотрубках. Поэтому они имеют высокий потенциал применения в каталитических реакциях.

Приятно, что работу отметили на уровне НАН Беларуси, присудив премию в рамках конкурса «ТОП-10».

— Какими темами занимаетесь сейчас?

— В последнее время много внимания уделяем так называемым каскадным реакциям, которые позволяют синтезировать сложные по структуре продукты одностадийно. Например, на основе еще одного компонента скипидара — 3-карена получены тетрациклические соединения с выходами до 98% за счет применения катализаторов с оптимальным количеством активных центров и развитой системой пор, в которых и происходит синтез. Некоторые из этих веществ обладают доказанной противораковой активностью. А недавно мы обнаружили, что в реакции, где три различные молекулы «собираются» в одно сложное соединение, простое добавление воды в реактор позволяет не только ускорить процесс, но и проводить его при комнатных температурах. К слову, катализировать реакцию могут углеродные нанотрубки либо биоуголь, приготовленный нашими португальскими коллегами из обрезков виноградной лозы.

В сотрудничестве с зарубежными коллегами, прежде всего из России, и при активном обмене опытом с ними, я уверен, нам предстоит сделать еще много научных открытий, основная цель которых на сегодня — создание новых материалов и технологий, способствующих импортозамещению.

ФОТО Сергей Дубовик