Ловушки для атомов

В.Н. Глушко

s20160216 crown2.jpgВ 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.


s20160216 crown1.jpg
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.


s20160216 crown3.jpg
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.


s20160216 crown5.jpg
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


Разные разности
Женщина изобретающая
Пишут, что за последние 200 лет только 1,5% изобретений сделали женщины. Не удивительно. До конца XIX века во многих странах женщины вообще не имели права подавать заявки на патенты, поэтому частенько оформляли их на мужей. Сегодня сит...
Мужчина читающий
Откуда в голове изобретателя, ученого вдруг возникает идея, порой безумная — какое-нибудь невероятное устройство или процесс, которым нет аналогов в природе? Именно книги формируют воображение юных читателей, подбрасывают идеи, из которых выраст...
Пишут, что...
…археологи обнаружили на стоянке мамонтов Ла-Прель в округе Конверс бусину, сделанную из кости зайца, возраст которой составляет около 12 940 лет… …астрофизики впервые обнаружили молекулы воды на поверхности астероидов Ирис и Массалия… ...
Слезы как оружие
Женщины прекрасно знают, что стоит пустить в ход слезы, как еще секунду назад грозный, орущий и злобный мужчина вдруг обмякает, теряется и становится похожим на кроткую овечку. Откуда такая обезоруживающая сила женских слез? В чем здесь дело?