Ионные жидкости помогают разорвать кольцо атомов серы

Ученые Российского химико-технологического университета им. Д. И. Менделеева преобразовали природную серу в пригодную для применения форму, используя реакции с ионными жидкостями. Об их работе рассказала пресс-служба университета.

В природе cера обычно встречается в виде кольцевидной структуры из восьми атомов (S₈). Чтобы использовать ее в промышленности, кольцо атомов необходимо раскрыть. Обычно делают при помощи нагрева и последующего охлаждения. При нагреве серное кольцо раскрывается и его мономеры полимеризуются в цепочку, после чего сера приобретает способность образовывать новые соединения с другими веществами. Существующие методы преобразования природной серы в полимерную модификацию очень энергозатратны. Для производства одной тонны полимерной серы нужно примерно десять кубометров природного газа. Кроме того, при ее нагреве выделяется токсичный сероводород. Разработка альтернативных способов раскрытия серного кольца связана с поиском соединений-активаторов, способных образовывать связи с молекулами серы, желательно без нагрева.

Химики из РХТУ впервые предложили использовать в этом процессе ионные жидкости (ИЖ) — расплавы солей при температурах ниже 100 °С, состоящие исключительно из ионов. «Предположение, что ИЖ могут вступать в реакцию с элементной серой, у нас возникло, когда мы изучали их химию, — рассказывает один из авторов работы, сотрудник РХТУ Ефрем Кривобородов. — Это полярные соединения с локализованными в некоторых случаях зарядами, и в зависимости от структуры анионов или катионов возможно проявление их нуклеофильных свойств по отношению к определенным веществам. Отсюда и предположение о механизме возможной реакции серы и ионной жидкости. Получилось, что, интегрировав знания по химии серы и химии ИЖ, мы получили совершенно новые результаты, ранее не описанные».

Эксперименты с ИЖ и серой проходили при комнатной температуре без дополнительного подвода энергии. Серу сначала растворяли в бензоле, затем в этот раствор добавляли ионную жидкость (фосфониевую или имидазолиевую) и перемешивали компоненты на магнитной мешалке. Вещества вступали во взаимодействие в результате нуклеофильного присоединения отрицательно заряженных анионов ионной жидкости к цепочке атомов серы, при этом раскрывалось серное кольцо. Полимерную серу в растворе идентифицировали с помощью метода ядерно-магнитного резонанса.

По подсчетам исследователей, предложенный способ синтеза значительно сокращает энергозатраты на получение высокомолекулярных серосодержащих соединений. Теперь на основе этого метода авторы планируют разработать методики синтеза органических полимеров, отвечающие принципам зеленой химии. Кроме того, новая технология может быть востребована в производстве для безопасной переработки элементной серы в отвалах, которые скапливаются сотнями тысяч тонн на предприятиях очистки нефти и природного газа, загрязняя окружающую среду.

Результаты работы опубликованы в журнале Pure and Applied Chemistry.