Проект МГУ им.М.В. Ломоносова
"Инновационные образовательные программы в области химии"

3-я международная научно-практическая конференция
"Сверхкритические флюидные технологии:
инновационный потенциал России"

11-12 октября 2006 г., Ростов-на-Дону

Одним из важнейших направлений "зеленой" химии является замена органических растворителей, используемых в реакциях синтеза, а также при очистке и выделении химических продуктов, на более экологически безопасные. Этой цели можно добиться, в частности, путем использования сверхкритических флюидов. Сверхкритические флюиды представляют собой газы, сжатые до такой степени, что они приобретают свойства жидкости. Происходит это при температурах и давлениях, лежащих выше критической точки данного вещества на фазовой диаграмме. Сверхкритические флюиды могут настолько сильно поменять свойства по сравнению с теми, которые характерны для них при обычных условиях, что их использование становится иногда более эффективным, чем применение обычных органических растворителей. В последние годы было показано, что сверхкритические флюиды обеспечивают высокий уровень контроля и превращения в химических реакциях, которого трудно достичь другими способами. Поэтому сейчас применение сверхкритических флюидов в технологии синтеза становится экономически и тем более экологически оправданным.

Именно этим вопросам была посвящена 3-я международная научно-практическая конференция "Сверхкритические флюидные технологии: инновационный потенциал России", которая состоялась 11-12 октября 2006 г. в Ростове-на-Дону. Председателем организационного комитета конференции выступил академик В.В.Лунин, декан химического факультета МГУ и главный редактор нового журнала "Сверхкритические флюиды: теория и практика".

Большое место на конференции заняли доклады о работах, посвященных использованию сверхкритических растворителей в качестве экстрагентов. В частности, с использованием сверхкритической воды была осуществлена экстракция лечебных веществ из корня солодки (Тихомирова К.С. и др., Эколого-аналитический центр, Ростов-на-Дону) и другого растительного сырья (Борисенко Н.И. и др., Эколого-аналитический центр, Ростов-на-Дону). Сверхкритический диоксид углерода применяли для экстракции и разделения смеси, получаемой при этерификации триглицеридов жирных кислот (производство биодизеля) (Газизов Р.А. и др., Казанский государственный технологический университет). Особенно богатые возможности открывает экстракция сверхкритическим СО₂ при выделении активных компонентов растительного сырья. К примеру, получение ценных витаминсодержащих компонентов из каротинсодержащего растительного сырья, такого как облепиха, лимонник, шиповник и др. проведено в работе (Касьянов Г.И. и др., Кубанский государственный технологический университет); сверхкритическую углекислоту использовали для выделения из экстракта солодкового корня глицирризиновой кислоты - компонента, который усиливает терапевтическое действие лекарств путем повышения их биодоступности (Муринов Ю.И. и др., Институт органической химии Уфимского научного центра РАН); для получения в одну стадию экстрактов хмеля, находящих высокий спрос в пивоварении, их добавляют для холодного "охмеления" пива после главного брожения (Христюк А.В., Кубанский государственный технологический университет); для получения пищевых добавок из растительного сырья, такого как тмин, кориандр, корица и др. (Сагайдак Г.А. и др., Кубанский государственный технологический университет).  На конференции были представлены разработки нового оборудования для экстракции с использованием сверхкритического СО₂ (Касьянов Н.И., Кубанский государственный технологический университет). В этой же группе изучены  возможности интенсификации процесса экстракции путем воздействия ультразвука  или с помощью электромагнитных полей низкой частоты. Отдельно следует упомянуть работу по разработке экспериментального стенда для физического исследования методов нефтедобычи с применением сверхкритического диоксида углерода, проведенную Радаевым А.В. и соавторами. Это направление активно развивается в США, Канаде, Венесуэле и Венгрии.

Ряд работ посвящен способам анализа экстрактов различными аналитическими методами и применению экстрактов, преимущественно в медицинских целях.

Особенно интересными являются работы по синтезу химических соединений в сверхкритических условиях, поскольку в большинстве случаев такие работы обладают безусловной новизной. Так, ученые Химического факультета МГУ (Данчевская М.Н., Ивакин Ю.Д.) осуществили синтез алюмината цинка - ганита в атмосфере воды в суб-и суперкритических условиях, причем легирование ганита проводили с использованием европия и хрома. При этом существенно меняются оптические свойства ганита.

Гидролиз рутина в сверхкритической воде позволил получить кверцитин - лекарственное средство, применяемое для укрепления стенок сосудов (С.Н.Борисенко и др., Эколого-аналитический центр РГУ, Ростов-на-Дону). При сравнимых (хотя и несколько меньших) выходах этот способ позволяет избежать применения метанола и соляной кислоты, как в традиционном методе, что делает эту реакцию более "зеленой".

Сверхкритический изопропанол использовали для парциального восстановления наночастиц оксидов металлов, стабилизированных в полимерных матрицах, в частности рения и марганца (Буслаева Е.Ю. и др., ИОНХ им.Н.С.Курнакова РАН, Москва).

Воду в сверхкритических условиях применяли для гидратации пара-бензохинона в гидрохинон. В работе предложен механизм реакции, протекающей предположительно через восстановление промежуточного продукта (Н.А.Немазанная и др., Эколого-аналитический научто-образовательный центр РГУ).

Закономерности и особенности синтеза полимеров в сверхкритическом диоксиде углерода в отсутствие органического растворителя изучены большим авторским коллективом и представлены Саид-Галиевым Э.Е. (ИНЭОС им. А.Н.Несмеянова РАН и ИОХ им.Н.Д.Зелинского РАН). Исследования велись в направлении синтеза четырех классов полимеров: полипропиленкарбонатов в присутствии адипата цинка, полиарилатов, полиимидов и полиимидосилоксанов. Зафиксированы рост скорости реакции и выхода полимеров первого из перечисленных классов, причем наиболее эффективными оказались субкритические условия. Интересно, что гетерогенность системы не является препятствием для получения полимеров высокой молекулярной массы. Кроме того, в синтезе полииминов сверхкритический диоксид углерода проявил каталитические свойства. В целом проведенные исследования показали принципиальную возможность замены токсичных хлорсодержащих и высококипящих ароматических растворителей на экологически благоприятный диоксид углерода при сохранении адекватных свойств полимеров.

Изучено декарбоксилирование кислот пиридинового ряда и производных кумарина в условиях субкритической воды (Филонова О.В. и др., Южный научный центр РАН совместно с другими организациями России, Украины и Польши). Эта реакция является часто используемой промежуточной стадией в сложных синтезах, в которых введение карбоксильной группы проводят с целью активации определенных положений в молекуле. В работе удалось успешно дегидроксилировать 2-пиридинкарбоновую и 2-хинолинкарбоновую кислоты с хорошими выходами пиридина и отличными - хинолина. Декарбоксилирование кумарина сопровождается гидролитическим раскрытием цикла с образованием 2-гидроксиацетофенона с выходами до 55%.

Интересным направлением является перекристаллизация в условиях сверхкритической воды, например, перекристаллизация терефталевой кислоты позволила увеличить размер кристаллов до требуемых сотен микрон. В этой же работе автоклавная обработка применялась для разложения использованных полиэтилентерефталатов с выделением терефталевой кислоты, которую можно повторно использовать для производства пластмасс (Панасюк Г.П., ИОНХ им.Н.С.Курнакова).

На конференции прошла презентация первого номера нового журнала  "Сверхкритические флюиды: теория и практика" - первого издания подобной тематики на русском языке. Издатели призвали участников конференции активно представлять в этом журнале результаты своей работы.

Приведенные работы, а также многие другие, не описанные в данном отчете, позволяют уверенно говорить о том, что применение сверх-и субкритических флюидов обладает огромным потенциалом в химическом синтезе, регенерации катализаторов, утилизации отходов, экстракции в самых различных вариантах, даже в нефтедобыче. Интенсивное развитие данного направления в России будет стимулироваться в результате создания Консорциума по Сверхкритическим Флюидным Технологиям, произошедшего в 2006 году.