- Информация о материале
Результаты исследований сотрудников Института - на страницах "Наука в Сибири".
Сотрудники Института неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН изучают свойства кластерных комплексов молибдена, вольфрама и рения — это тяжелые металлы, которые хорошо поглощают рентгеновское излучение и могут использоваться как возможная перспективная замена нынешних рентгеноконтрастных препаратов.
Наука в Сибири, №12 (29 марта 2018 г.)
В основе существующих контрастных препаратов лежат производные трийодбензола. Данный класс соединений является безопасным, хорошо водорастворимым и имеет низкие значения токсичности — то есть для причинения вреда понадобилось бы большое количество вещества. Однако это не отменяет того факта, что оно всё равно имеет определенную токсичность. К тому же в нем есть йод, который можно принимать не всем — из-за аллергии или проблем со щитовидной железой. В таких случаях используют замену на основе металла гадолиния: такие препараты в основном применяются в качестве МР-контрастов для магнитно-резонансной томографии. Однако в отличие от производных трийодбензола они более токсичны и имеют склонность к накоплению в организме при частом применении. — Мы в лаборатории синтеза кластерных соединений и материалов ИНХ СО РАН начали исследование кластерных комплексов молибдена, вольфрама и рения, чтобы понять, можем ли конкурировать с гадолиниевыми контрастами, — рассказывает старший научный сотрудник ИНХ кандидат химических наук Михаил Александрович Шестопалов. — Оказалось, что наши вещества обладают меньшими токсическими показателями, и на данный момент разработка института ничуть не хуже гадолиниевого препарата — в случае, когда речь идет о рентгеновском контрасте. Так что теперь мы пошли дальше и пытаемся делать более дешевые и менее токсичные соединения, сопоставимые с основными типами контрастов по эффективности. По словам ученого, самый простой путь, чтобы не изобретать велосипед, — посмотреть на велосипед соседей. Дело в том, что, помимо бензольного ядра, к которому прикреплены три молекулы йода, в состав текущих контрастов входят карбоксильные, гидроскидные и другие функциональные группы. Йод здесь отвечает за контрастность, а вот благодаря этим группам препарат растворяется в воде, не проникает в клетки и выводится через почки. Гипотетически можно убрать трийодбензольное ядро и вставить туда более контрастное — с рением либо вольфрамом. Однако напрямую провести реакцию замещения даже теоретически невозможно. Поэтому ученые используют классические приемы неорганической и координационной химии, позволяющие поэтапно, кусочек за кусочком, «собрать» необходимый кластерный комплекс, обладающий такими же функциональными группами, как и современные контрастные агенты на основе трийодбензола. Такой подход поможет создать препарат с высокой локальной концентрацией тяжелых элементов (вплоть до 14, что в разы больше, чем три йода) и, как следствие, высокой продуктивностью — в перспективе это позволит визуализировать даже тончайшие капилляры. Наиболее эффективным из группы трех металлов оказался рений (Re): он достаточно безопасен, хорошо изучен, а соединения на его основе стабильны во многих средах. Ученые ИНХ СО РАН уже провели эксперименты на крысах совместно с Национальным медицинским исследовательским центром имени академика Е.Н. Мешалкина — вещество на основе рения работало не хуже существующих контрастов. Проблема в том, что Re, хоть и дешевле золота в несколько раз, всё равно очень дорогой и к тому же самый редкий металл на земле (среди обладающих стабильными изотопами). Поэтому нужно делать препарат более доступным. — Для этого подходит вольфрам (W): он имеет почти такую же массу, как рений, — добавляет Михаил Шестопалов. — Правда, стабильных в воде кластерных систем вольфрама существует очень мало — нам удалось получить некоторые относительно недавно. Мы уже провели пробные эксперименты на уровне клеток и планируем перейти на животных. Третий металл из группы — молибден (Mo) — также оказался полезен при разработке. Элементы Mo и W находятся рядом в таблице Менделеева и обладают схожими химическими свойствами. При этом молибден хорошо изучен, и статей о нем в сотни раз больше, чем о вольфраме. Молибденовый комплекс нетрудно сделать, но он быстро разрушается — вольфрамовый более сложен в плане синтеза, но гораздо устойчивее. Кроме того, ФАНО и гранты требуют частых публикаций, поэтому ученые сначала отрабатывают свои идеи на Mo, чтобы позднее реализовать их на W. — Даже если мы сделаем самый лучший контраст, он появится на рынке лет через двадцать, и то не в нашей стране, — заключает ученый. — Научного финансирования и ресурсов для таких серьезных работ совершенно не хватает, даже несмотря на гранты, так что мы обращались к инвесторам. Они сразу задают вопрос о стоимости производства, и если оно дорогое — отказывают. Поэтому мы и стараемся довести до конца разработку контраста на основе вольфрама.
Алёна Литвиненко Фото автора
 Наука в Сибири, № 12, 29 марта 2018 |
- Информация о материале
Материалы статьи сотрудников Института, опубликованной в Dalton Transactions - на сайте РНФ.
Российские ученые проанализировали условия синтеза комплексных соединений металлов, содержащих полигалогенидные фрагменты, и описали три новых соединения этого класса. Собрав данные о протекании реакций в различных условиях, химики рассчитывают сделать синтез полигалогенидных комплексов более предсказуемым. Статья с результатами работы опубликована в журнале Dalton Transactions. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда.
Фрагмент структуры (3-ClPyH){BiBr5]. Атомы висмута темно-синие, атомы брома – оливковые. Супрамолекулярные контакты Br...Br показаны пунктиром.
Авторы статьи исследовали реакции получения галогенидных комплексов – соединений атомов металлов и галоген-ионов (заряженных атомов галогенов: фтора, хлора, брома или йода). Изучая галогенидные комплексы висмута, ученые обнаружили, что если эти комплексы синтезируются в среде, содержащей растворенный бром (Br2), то он может быть «пойман» комплексными анионами и выделен в твердую фазу. Фрагменты этого брома удерживаются в твердом теле особыми связями, так называемыми галогеновыми. Такие соединения могут выступать в качестве удобных аналогов брома в органическом синтезе: если бром, едкую ядовитую, темно-красную жидкость, растворить в бромистоводородной кислоте и добавить туда соли висмута и различные катионы, то может быть получено соединение, в котором соединенные ковалентной связью два атома галогена находятся в твердом виде. При этом он сохраняет свою химическую активность, в частности избирательно реагирует с кратными связями углерод-углерод, что может сделать это соединение ценным бромирующим агентом для органической химии.
В последней работе химики дали несколько новых примеров соединений такого рода и показали, в каких условиях реакция по такой схеме идет, а в каких – нет. Как выяснили ученые, образование полигалогенидных комплексов, их состав и структура зависят от того, какие органические катионы присутствуют в среде, в которой протекает реакция.
«Главная цель работы – создать некую модель, которая позволит предсказывать, что же в этих системах образуется. Дело в том, что у обычных галогенидных комплексов, даже без дигалогена, которые известны сотни лет, есть одно забавное свойство: в присутствии разных катионов они образуют совершенно разные структуры анионов, и предсказать, что именно у вас образуется, на данный момент практически невозможно, это дело случая», – рассказал один из авторов работы, старший научный сотрудник Института неорганической химии имени А.В. Николаева СО РАН Сергей Адонин.
Пока, несмотря на множество проведенных реакций, авторам работы не удалось объяснить, почему в присутствии некоторых катионов полигалогенидные комплексы образуются, а при других — нет. Химики рассчитывают, что большей определенности удастся добиться, когда будет собран большой объем данных об условиях и результатах реакций. Таким образом, можно будет сделать эту область химии более предсказуемой.
- Информация о материале
Чудо-материал будущего – графен – находит всё новые области применения: сверхлёгкие бронежилеты, водородное топливо, наноустройства и даже краска для волос. Интерес к графену проявляют исследователи во всем мире, новосибирцы не отстают от общемировой тенденции. Учёные Института неорганической химии и НГУ изготавливают с применением графена литий-ионные аккумуляторы нового поколения, разработку поддержал Российский научный фонд. Как вершится графеновая технологическая революция?
Графит и графен разделяет несколько химических манипуляций. Материалы родственные, между свойствами – пропасть. Графит в ноутбуках, смартфонах – основной элемент литий-ионных батарей. Это – сейчас, а в будущем его обязан заменить графен, настаивают учёные. Материал на голову лучше своего угольно-черного собрата.
Виктор Коротеев, научный сотрудник Института неорганической химии СО РАН: «Если заменить графит на графен, то повысится емкость, то есть количество энергии, которая хранится в такой батарейке. И, кроме того, её можно будет очень быстро зарядить».
Аккумуляторы получаются мощнее, дольше работают. Уникальных качеств у графена – на добрый список. Новосибирские ученые ценят его за сверхпрочность и сверхпроводимость. Самый тонкий материал в мире: толщина – один атом углерода. Понять его природу – работа на годы вперед.
Юлия Федосеева, старший научный сотрудник Института неорганической химии СО РАН: «Морфология, структура, строение, какие функциональные группы есть на графене – наверное, это одна из самых сложных задач, потому что графен невидим глазом».
Экземпляры литий-ионных батарей нового поколения учёные создают в лаборатории. Вот так, тонким слоем, наносят смесь графена на фольгу, потом образец высушивают и нарезают на ячейки, которые скрепляют между собой. После – проверка емкости батареи. У графеновых образцов она в два раза выше, чем у графитовых аналогов. Потенциал, уверены учёные, не исчерпан: ёмкость можно ещё увеличить.
Олеся Герасименко, корреспондент: «Благодаря тому, что графен очень тонкий и хорошо проводит ток, его можно использовать в гибких конденсаторах, батареях, сенсорных экранах. Так, в будущем наверняка товарами массового потребления станут телефоны и ноутбуки, которые легко сворачиваются в трубку, и одежда, которая преобразует энергию движения в электрический ток. И это не фантазии, а вполне реальные промышленные перспективы».
Литий-ионные аккумуляторы с применением графена сулят прорыв в производстве тех же смартфонов. Над их созданием трудятся специалисты ведущих компаний мира. Новосибирцы уже держат в руках технологии будущего, но выйдут ли они из стен лаборатории, зависит теперь не от ученых, а от инвесторов.
- Информация о материале
Над чем именно сегодня вместе работают сотрудники Институтов неорганической химии и катализа и как это поможет развитию российской автопромышленности?
Канал Россия 1, Новосибирск Сайт ФАНО России
Как пыль – платиноиды. Дороже золота в десятки раз. Не боятся коррозии, долговечны. Металл ювелиров в промышленности незаменим – к примеру, в нейтрализаторах выхлопных газов автомобилей это основной элемент. Родий и палладий гасят действие вредных веществ.
Сергей Коренев, зав. лабораторией Института неорганической химии имени А. В. Николаева СО РАН: «Если это окислы азота, то они восстанавливаются до азота, который уходит в атмосферу. Если это угарный газ, то он сжигается до СО2, который уходит в атмосферу. Если это недогоревшие углеводороды, то они сжигаются до воды и углекислого газа».
Обычно в нейтрализаторах выхлопных газов родий и палладий действуют по отдельности – хоть металлы и «братья», они практически не смешиваются. Новосибирцы природу перехитрили, элементы сплавили особым образом, «спрятав» платиноиды в «шубу» из легких атомов.
Юрий Шубин, главный научный сотрудник Института неорганической химии имени А. В. Николаева СО РАН: «Этот антагонизм, это взаимное неприятие между металлами скомпенсировано вот этой шубой, и уже это соединение-предшественник обеспечивает получение нужного сплава».
На словах – просто, на деле – годы исследований, проб, экспериментов. Технологию совершенствуют каждый день. Сплав платиноидов – не единый слиток: порошок – из наночастиц.
Павел Плюснин, старший научный сотрудник Института неорганической химии имени А. В. Николаева СО РАН: «Благодаря тому, что мы получаем наноразмерные образцы, размер которых существенно меньше ста нанометров, они обладают более заметной каталитической активностью. Чем меньше частица, тем она, как правило, активней».
Олеся Герасименко, корреспондент: «Итоговый композит уже на заводе наносят на керамические соты – это главный элемент нейтрализатора выхлопных газов. После – запекают, и уже готовое изделие устанавливают на автомобиль».
Сплав – в разы эффективней одиночных металлов. В нейтрализаторе его нужно меньше – получается, дешевле. Интерес к проекту двух новосибирских институтов – неорганической химии и катализа – уже проявил уральский производитель автодеталей. Учёные говорят – есть все шансы вывести разработку из лабораторий на рынок.
Ссылки на материал:
Разработка новосибирских ученых поможет удешевить производство автомобилей (Вести, Новосибирск)
© ИНХ СО РАН 1998 – 2024 г.