Ловушки для атомов

В 70-­х годах прошлого столетия, после того как Чарльз Педерсен открыл простой способ синтеза краун­-эфиров, эти вещества были занятной диковиной в химии органических соединений — красивые молекулы, структурные формулы которых напоминают снежинки или ожерелья (их и назвали от англ. crown — корона). Сегодня с их помощью лечат и диагностируют заболевания, очищают окружающую среду, конструируют молекулярные машины и приборы для передачи энергии или хранения информации. Эти соединения — своего рода клетки для различных атомов или молекул, которые краун-­эфир затягивает внутрь своей структуры и удерживает с помощью крепких химических связей. Пойманный в ловушку атом может выбраться на волю только в строго определенное время, когда окружающая среда станет благоприятной для этого.

Краун-­эфиры много лет изучают в московском Научно-­исследовательском институте химических реактивов и особо чистых химических веществ (ИРЕА) в рамках государственных контрактов. О сегодняшних достижениях в этой области нашему корреспонденту рассказывает руководитель лаборатории перспективных органических реактивов В.Н.Глушко.

Валентина Николаевна, вы довольно долго занимаетесь проблемой утилизации жидких отходов ядерного топлива. Расскажите, почему выбрали именно эту тематику и какие были трудности на пути от создания первого крауна до запуска производственной установки?

Началось все в 70­-х годах прошлого века, когда появились первые исследования краунов. В то время профессор Владимир Максимович Дзиомко создал в ИРЕА научный коллектив и пригласил нас, студентов, работать над новой интересной проблемой. Краун­-эфиры хорошо образуют комплексы с щелочными и щелочноземельными металлами, к которым в том числе относятся радиоактивные элементы цезий и стронций. Начали с поиска «короны», в которую уместились бы эти радионуклиды и из которой они бы извлекались. Это оказалось непросто: синтезы многостадийные, каждая стадия сложная и с малым выходом. Но со временем научились, сотрудничали с Донецким и Черкасским заводами химических реактивов для отработки своих методик в цеховых условиях. После Владимира Максимовича эстафету по руководству над проблемой изучения краун­-эфиров подхватил заместитель директора ИРЕА Олег Викторович Иванов. Тогда, в конце 90­х годов, по заказу Росатома начали разрабатывать технологии по утилизации радионуклидов на уральском заводе «Маяк»: мы в ИРЕА получали крауны, а там, на заводе, на основании наших соединений проводили испытания по экстракции радионуклидов из радиоактивных отходов. Однако с начала 2000­х годов из­-за финансовых трудностей работы были приостановлены и возобновились только в 2011 году с приходом нового директора — Романа Александровича Санду. Усовершенствовали технологии, создали универсальную установку для производства целого ряда краун­-эфиров — теперь мы достойные конкуренты иностранцам.

Технологическая установка, созданная в ИРЕА, позволяет получить в месяц до 50 кг продукта, а значит, можно конкурировать с КНР и обеспечивать зарубежные компании. На фото слева направо: В.Н.Глушко, Л.И.Блохина, В.И.Кожухов, О.А.Усова

А что с ценами и объемом производства? Много ли сейчас заказов на крауны?

В первое время, как только запустили установку, были заказы от «Маяка», ВНИИ химической технологии — головного института Росатома. Недавно звонили из Белоруссии, с Минского завода полупроводниковых материалов. Вообще интерес есть, и значительный, но, к сожалению, недостаточное финансирование предприятий не позволяет им делать большие заказы, хотя наши крауны гораздо дешевле импортных.

Загрузка реагентов в реактор. Подготовка нутч-фильтра для выделения готового продукта

Помимо краун­-эфиров вы занимаетесь исследованиями наночастиц серебра. Там уже наметились перспективы сотрудничества и применения разработки?

Мы пробуем вводить частицы в структуру сверхвысокомолекулярного полиэтилена и хотим предложить этот материал для создания имплантатов тазобедренного сустава или для челюстно-­лицевой хирургии. Бактерицидные свойства серебра хорошо известны, а наноразмеры частиц усилят их. Здесь главное — подобрать нужные концентрацию и размер наночастиц серебра, чтобы имплантат не стал токсичным. Мы уже получили несколько серебряных солей галогенированных, жирных и сульфокислот, которые выступают прекурсорами для синтеза наночастиц серебра. Провели ряд синтезов в матрице полимера, удалось снять несколько удачных фото с помощью сканирующего электронного микроскопа.

Фото вверху: исходный сверхвысокомолекулярный полиэтилен без наночастиц серебра. Фото внизу: полимер, модифицированный наночастицами серебра (белые точки) размером от 20 до 100 нм

А как обстоят дела с финансированием проектов?

По наночастицам серебра у нас контракт на три года с Министерством образования и науки. Недавно заключили еще два контракта — один на разработку технологии получения материалов с повышенной протонной проводимостью, термостойкостью и стойкостью к агрессивным средам на основе полиимидной матрицы с включениями краун­-эфиров, для создания мембран топливных элементов; а второй на разработку новых сорбентов для селективного извлечения тяжелых металлов, в том числе радиоактивных изотопов. Кроме того, ведется аспирантская работа по получению новых сенсоров на основе краунов.

В лаборатории и молодежь работает?

У нас на молодежь большие надежды, и, к счастью, есть кому продолжать наше дело. Вот Оля Усова после окончания МИТХТ работает уже год. Вадим Кожухов пришел сюда еще студентом на практику, потом попросился делать диплом, а после защиты остался у нас младшим научным сотрудником.

Беседовала Светлана Фролова

 Российские короны и другие ценности