Ученые разработали новую серию высокоактивных и стабильных на воздухе палладиевых комплексов для синтеза полимеров. Эти комплексы позволяют управлять длиной полимерных цепочек в зависимости от прочности связи между палладием и фосфором, а также работают при более высоких температурах по сравнению с существующими аналогами. Благодаря своим уникальным свойствам, новые катализаторы будут полезны при создании устойчивых к температурам и химикатам материалов для оптоэлектроники и других высокотехнологичных применений. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of Catalysis.
В аэрокосмической отрасли, микроэлектронике и других динамично развивающихся сферах особенно востребованы полимеры с высокой прозрачностью и устойчивостью к нагреванию и химическим воздействиям. Такими свойствами обладают материалы на основе замещенных норборненов. При этом, чем длиннее полимер — цепочка из молекул, — тем материал оказывается прочнее и эластичнее, а потому он становится удобнее для формирования тонких полимерных пленок.
Однако создавать термически и химически стойкие полимеры на основе замещенных норборненов довольно сложно. Обычно для этого используют катализаторы, состоящие из нескольких компонентов. Работать с ними неудобно, потому что нужно учитывать условия для каждого отдельного компонента, что усложняет процесс и требует много внимания.
Исследователи из Института нефтехимического синтеза имени А.В. Топчиева РАН (Москва) с коллегами получили серию из 11 новых катализаторов на основе палладия. Химики впервые объединили в одном комплексе три важных компонента: сам палладий, фосфиновый лиганд (фосфорсодержащую органическую молекулу) и карбеновый лиганд. Последнее составляющее образует прочный и элегантный «зонтик» над палладием, не давая ему вступать в ненужные реакции и позволяя выполнять только те, что нужны ученым. Благодаря этому «зонтику» палладий становится более избирательным и точным, словно искусный дирижер, управляющий сложным оркестром химических превращений. Такие комплексы оказались очень активными и при этом стабильными. Более того, новые катализаторы упрощают получение полимеров: они, в отличие от большинства аналогов, легко работают даже при контакте с воздухом, и поэтому синтез не требует дорогостоящего оборудования.
Полученные комплексы интересны еще тем, что позволяют регулировать процесс полимеризации. Если, например, использовать катализатор, в котором фосфин слабо связан с палладием, полимеризация будет проходить быстрее. Это можно сравнить с тем, что мотор запустить оказывается легче, когда его детали соединены относительно свободно. Если же фосфин, напротив, прочно связан с палладием, полимеризация идет сложнее, но получаются полимеры с высокой молекулярной массой.
Краткое резюме исследования. Источник: Евгения Бермешева.
Таким образом, ученые могут управлять свойствами получаемых материалов, выбирая, что им важнее: скорость полимеризации или длина цепочек. Кроме того, по сравнению с другими известными катализаторами, новые комплексы могут работать при температурах до 100°C и позволяют получать более длинные цепи полимера, что придает материалу лучшие механические свойства.
«В дальнейшем мы планируем детальнее изучить принцип действия полученных катализаторов, чтобы понять, как именно происходит процесс полимеризации с их участием. Это позволит нам не только усовершенствовать существующие подходы к их синтезу, но и разработать новые материалы с улучшенными свойствами, которые будут отвечать требованиям современных аэрокосмических, микроэлектронных и других передовых отраслей. Такой подход откроет новые возможности для создания высокотехнологичных решений, устойчивых к экстремальным условиям эксплуатации», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Евгения Бермешева, кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории химии нефти и нефтехимического синтеза ИНХС РАН.
В исследовании принимали участие сотрудники Российского университета дружбы народов имени Патриса Лумумбы (Москва), Института элементоорганических соединений имени А.Н. Несмеянова РАН (Москва) и Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН (Черноголовка).
Изображение на обложке: работа в инертном боксе. Источник: Евгения Бермешева.
Источник: РНФ
