Карбид для зеленой химии

Карбид для зеленой химии

Химики из Санкт-Петербурга и Москвы нашли неожиданное новое применение уже почти забытому карбиду кальция.

В чем различие между концепциями энергосбережения и энергоэффективности-  В первом случае вы экономите ресурсы, а во втором -  не выкидываете их «в трубу». Предположим, у вас есть лампа накаливания, которая хорошо светит, но потребляет много электроэнергии, и вы включаете свет только тогда, когда это действительно нужно – в результате экономите электричество, но и ограничиваете себя в возможности, например, почитать журнал «Наука и жизнь» перед сном. Это энергосберегающий подход. Но вы можете поставить светодиодную лампу, которая светит также, но потребляет в десять раз меньше энергии. И в этом случае, затратив меньшее количество энергии, вы не ограничите себя в приятных и полезных занятиях. Экономия не обязательно означает отказ от потребления, можно всего лишь делать это максимально эффективным образом. Но оставим проблему счетов за электроэнергию и вернемся к основной теме – химии.

Пару десятков лет назад целый ряд химиков озаботился проблемой эффективности химических реакций. И во главу угла ставилась вовсе не цена реактивов. Не секрет, что химия наносит определенный вред окружающей среде, однако и полностью отказаться от химической промышленности мы не можем – даже самый ярый эколог не захочет сейчас жить в условиях каменного века. Весь вопрос в том, как минимизировать вред от нашей химической деятельности. Вот так родилась концепция зеленой химии (Green Chemistry). Суть ее в том, чтобы свести к минимуму негативное воздействие химических процессов на окружающую среду.

 

Например, вам нужно из вещества А получить вещество Б. Это можно сделать напрямую, но затратив при этом 10 литров пусть и дешевого, но ядовитого растворителя, который потом надо будет как-то утилизировать. А можно получить нужное вещество Б в несколько стадий, проводя реакции в водной или другой безвредной среде. В итоге мы получили нужный продукт, но практически не нанесли ущерба природе. Вот именно такой путь предлагает зеленая химия. Чтобы быть «зелеными», химикам надо выполнять целый ряд требований. Например, не использовать вредные и ядовитые вещества, не получать отходов, не тратить много электроэнергии. Не всегда возможно соблюсти все эти условия, но выполнение даже части из них может помочь окружающей среде и сделает нашу жизнь немножечко чище.

 

Но это все теория, а что же на практике-  Химики из Санкт-Петербургского государственного университета и Института органической химии им. Н. Д. Зелинского РАН разработали простой и безопасный способ синтеза ряда особых органических молекул – тиоэфиров. Первый вопрос, который может возникнуть, а чем же так примечательны эти тиоэфиры, что потребовалось изобретать новый способ их синтеза- Наверное, всем известно вещество – эфир, которое раньше применяли для наркоза.

Молекула эфира состоит из двух частей, связанных мостиком из атома кислорода. Если кислород заменить на атом серы, то получится другое вещество - тиоэфир. Оказалось, что тиоэфиры можно использовать для получения полимерных материалов с необычными свойствами – атомы серы в структуре полимера заметно повышают коэффициент преломления. Такие материалы применяют в том числе при производстве светодиодов, линз из органических материалов и других оптоэлектронных устройств.

Но раз уж тиоэфиры так полезны, то, весьма вероятно, их раньше тоже как-то синтезировали- Это верно, существует немало способов синтеза этого класса соединений. Однако к цели можно придти разными путями, и не все из них будут одинаково полезны для окружающей среды, а также безопасны для жизни и здоровья экспериментаторов.

Например, один из способов получения виниловых тиоэфиров подразумевает использование огнеопасного газа – ацетилена, а сама реакция протекает при высоком давлении. Мало того, что хранить в лаборатории баллон с горячим газом потенциально опасно, такие реакции требуют еще специального оборудования, что делает процесс трудоемким и энергозатратным. Совсем не «зеленая» химия. Поэтому сотрудники лаборатории под руководством профессора Валентина Ананикова придумали простой, элегантный и, главное, безопасный способ синтеза тиоэфиров.    

Те, кто в школьные годы увлекался химией, помнят, что есть такое вещество – карбид кальция, с которым интересно делать разные, порой и опасные, опыты. Если карбид бросить в воду, то из него начинают активно выделяться пузырьки газа, который можно при желании поджечь. Выделяющийся газ это не что иное, как ацетилен, который раньше использовали для освещения, и даже сейчас некоторые спелеологи используют карбидные фонари. В настоящее время ацетилен применяется для высокотемпературных горелок – например для ацетиленовой сварки, которой можно резать и плавить металл. 

У исследователей возникла идея, а что, если для реакции получения тиоэфиров использовать не ацетилен, а карбид кальция. Как оказалось, идея сработала, и получился простой вариант синтеза буквально в одной колбе. Такой метод применим для получения целого класса тиоэфиров с высоким выходом продукта реакции, а также минимальными затратами энергии и отходами. Удивительно, что такой способ не был открыт раньше, ведь, казалось бы, времена простых решений в физике и химии уже давно прошли. Так что вполне возможно, что простой и уже практически забытый карбид кальция может вновь отвоевать себе место в современной «зеленой» химии.  

Newsland.ru

Похожие новости:
В графене создали запрещенную зону
Ученые создали в графене запрещенную зону, поместив его на изгибы подложки из карбида кремния. Работа опубликована в журнале Nature Physics, а ее краткое содержание можно прочитать на сайте Технологического института Джорджии. В качестве подложки ученые использовали карбид углерода, в котором создавались ..
2012-11-20 1156 0 Технология
0
Ученые создали молекулу в форме олимпийских колец
Британским ученым удалось синтезировать и сфотографировать молекулу, форма которой напоминает пять олимпийских колец. Новая молекула, длина которой составляет немногим больше одной миллиардной метра, получила название "олимпицен" – в силу своей уникальной формы. Проект осуществили ..
2012-05-30 1105 0 Технология
0
Валерий Фокин: с помощью клик-химии можно изменить человека
Москва, 8 октября. В Стокгольме проходит Нобелевская неделя. Премию по химии прочат российскому ученому Валерию Фокину за исследования в области так называемой «клик-химии», а именно за разработки, позволяющие быстро синтезировать новые вещества практически без образования побочных продуктов. Валерий Фокин ..
2013-10-9 1046 0 Технология
0
Учёные разработали жидкие солнечные нанобатареи
Учёные из Университета Южной Калифорнии (USC) создали невероятно дешёвые и стабильные солнечные батареи, состоящие из очень маленьких нанокристаллов, плавающих в проводящей электричество жидкой суспензии, сообщает «WordScience.org». Солнечные нанокристаллы имеют размер около четырёх нанометров. К примеру, на булавочной ..
2012-04-27 2840 0 Технология
0
Ученые создали скоростной 3D-принтер
Американский стартап разработал новую технологию 3D-печати, которая, используя свет и кислород, печатает твердые предметы на скоростях от 25 до 100 раз быстрее, чем современные технологии. Технология 3D-печати, разработанная стартапом «Карбон 3D Инк», позволяет объектам восстанавливаться из жидкой среды целиком, а не строиться ..
2015-03-22 1907 0 Технология
0
Финам выдан грант на производство наноэлектроники будущего
Совсем недавно, консорциум, базируемый в «Тамперском технологическом университете», в рамках финансирования получил грант от «Финской Академии» (Academy of Finland) в размере € 1,6 млн, сообщает «SciencePlanet.ru». Данный проект, известный как «Photonically Addressed Zero Current Logic through Nano-Assembly of Functionalised ..
2012-09-17 869 0 Технология
0
Российские школьники придумали молекулярный циферблат
Школьники из Москвы, Казани и Нижнекамска разработали дизайн молекулярной машины, способной, подобно циферблату, переключаться между 12 различными состояниями. Необычное решение позволило участникам победить в Межрегиональном химическом турнире — крупнейшем командном соревновании по химии в России. Результаты опубликованы в группе турнира.Молекулярные машины ..
2017-02-09 7453 0 Технология
0
Ученые изобрели детектор вирусов
Специалисты университета Нью-Йорка, колледжа Хантера и Фордхемского университета совместно с  профессором физики и химии Стивеном Арнольдом разработали новый высокочувствительный сенсор для нахождения вирусов.Принцип работы изобретения похож на эффект "шепчущей галереи", когда сказанное в одной части ..
2012-09-1 1128 0 Технология
0
Как будут выглядеть миниэлектростанции в будущем?
Ученые из Снежинска разработали установку, которая получает электричество из любого вида топлива. При этом заправлять ее можно всего лишь раз в год. В основе технологии - свойство ионной проводимости: то, о чем рассказывают на уроках химии еще в школе.Источник: vesti.ru ..
2012-07-11 1079 0 Технология
1
Ученые тестируют материал, спасающий при ядерном взрыве
Новая технология, по словам ее разработчиков из США, может помочь предотвратить некоторые из наихудших последствий ядерной катастрофы типа Фукусимы.  Ученые из Массачусетского технологического института (MIT) тестируют керамический облицовочный материал для защиты топливных стержней АЭС, который может ..
2013-07-29 765 0 Технология
0
Стэнфордские физики создали световой расщепитель воды
Эта технология позволит в промышленных масштабах производить водород. Американские физики научились использовать тонкие пластинки из кремния и сверхтонкую нанопленку из никеля в качестве основы для дешевого прибора, способного расщеплять молекулы воды на водород и кислород в течение долгого времени, и опубликовали инструкцию ..
2013-11-15 1444 1 Технология
1
Изобретение ученых может произвести революцию в промышленности
Французские ученые изобрели новый материал, который может в буквальном смысле произвести революцию в промышленности. Открытие внешне напоминает пластик и обладает свойствами резины. При этом новое вещество можно нагревать бесконечное число раз и придавать изделию из него любую ..
2011-12-29 2122 0 Технология
0
Получение дешевого водорода из воды стало ближе
Водород обладает значительным потенциалом экологически чистого топлива, однако его производство слишком дорого, чтобы быть коммерчески целесообразным. Группа ученых из Принстонского и Ратгерского университетов сделали еще один шаг к получению дешевого водорода. Исследователи, возглавляемые профессором химии Принстонского университета ..
2013-02-13 3736 0 Технология
0
Ученые создали в лаборатории первую кожу киборга
Ученые Гарвардской лаборатории создали первую в мире «кожу киборга». Исследователи успешно провели испытания, в ходе которых электрические нанопровода были вживлены в искусственно созданный биоматериал, сообщает британское издание Huffpost Tech. «Встроенные» в кожу провода позволяют ученым ..
2012-09-5 1221 0 Технология
0
Сибирские ученые создали крошечные светильники из углеродных наноструктур
Российские ученые создали новый композиционный материал на основе углеродных нанотрубок и наноалмазов. Об этом сообщает красноярский Институт биофизики Сибирского отделения РАН. Материал представляет собой прочно связанную конструкцию из вертикально стоящих графеновых нанотрубок, на поверхность которых нанесен ..
2015-04-01 1317 0 Технология
-1