Ученые Института химии новых материалов отмечены за создание новых алюмосиликатных материалов нано­трубчатой структуры на основе каолина с высокой каталитической активностью и селективностью.

Перспективным направлением нашей лаборатории является синтез химических продуктов из возобновляемого сырья, например древесины и ее компонентов. Совместно с коллегами из России, Финляндии, Португалии и Колумбии мы занимаемся разработкой методов получения гетероциклических соединений с высокой биоактивностью веществ из терпеноидов, входящих в состав скипидаров и эфирных масел. Так, исследователи из Сибирского отделения РАН вывели ряд перспективных для фармации соединений с высокой анальгетической, антивирусной, противораковой и другими видами активности. Учитывая сложность синтеза, наша задача состоит в разработке эффективных катализаторов и методов получения этих продуктов с высокими выходами в мягких условиях.

Несколько лет назад нами были созданы нанокатализаторы нового поколения на основе галлуазитовых нанотрубок для синтеза гетероциклических соединений. Эта разработка также вошла в топ-10 НАН Беларуси за 2018 год. В последующие годы наши исследования в области нанокатализа значительно продвинулись. Например, на основе α-пинена (основного компонента живичного скипидара) в несколько стадий может быть получен ряд соединений с высокой анальгетической активностью. Мы показали, 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. Также были разработаны способы получения тетрагидропирановых соединений с различными ароматами, перспективные для парфюмерии.

В последнее время много внимания уделяем так называемым каскадным реакциям, которые позволяют синтезировать сложные по структуре продукты в одну стадию. Например, на основе еще одного компонента скипидара, 3-карена, получены тетрациклические соединения с выходами до 98% за счет применения катализаторов с оптимальным количеством 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. Для получения «инсайда» в наблюдаемые явления мы успешно используем методы квантовой химии, эти исследования также проводятся совместно. Сегодня надо кооперироваться с ведущими учеными в своих областях.

Какова же роль создания алюмосиликатов с нанотрубчатой структурой в наших исследованиях? Такие материалы – хорошая основа для создания новых катализаторов органических реакций. Однако те же природные галлуазитовые нанотрубки характеризуются неоднородностью по размеру, химическому составу и пористой структуре, что, очевидно, вызывает вопросы воспроизводимости результатов исследования. К тому же, месторождения галлуазита есть в США, Новой Зеландии, Китае и других странах, но в Беларуси залежей этого полезного ископаемого нет. Ученым приходилось закупать сырье за рубежом. У академика Владимира Агабекова возникла идея попробовать создать синтетические нанотрубки из обыкновенной белой глины, которой богата Беларусь. В нашей лаборатории была отработана технология получения нанотрубок из каолина в мягких условиях и очень низком количестве метанола, необходимого для их формирования. На все это потребовалось около двух лет кропотливой работы. В результате из белорусского каолина, взятого в Житковичском районе, получены нанотрубки длиной около 1000 нм и диаметром 50–60 нм. Преимущества нанотрубок из каолина – их однородность по размеру.

Исследования показывают, что полученные 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.

Александр СИДОРЕНКО,

заведующий лабораторией лесохимических продуктов и технологий ИХНМ

На фото: автор материала