Группа химиков из Великобритании, Аргентины, Германии и Франции синтезировала пористую жидкость, представляющую собой раствор органических «молекул-клеток» в «большом» растворителе. Подобные жидкости могут быть использованы для высокоэффективного разделения газов. Результаты работы опубликованы в Nature.

Исследователи получили молекулы-клетки с помощью двух различных методов. Первый представляет собой многостадийный синтез диамина краун-эфира с последующей конденсацией с триформилбензеном, а второй — одностадийный синтез, в котором ученые смешали дихлорметановые растворы триформилбензена, диаминоциклогексана и диаминометилпропана (подробности процессов синтеза описаны тут).

Моделирование структуры пористой жидкости. Изображение: Queen's University Belfast

В первом методе в результате синтеза получается индивидуальное вещество, а во втором полученный в результате реакции конденсации продукт представляет собой смесь семи различных химических соединений, отличающуюся по количеству молекул различных аминов, три из которых имеют две различные изомерные формы.

Схема одностадийного синтеза молекул-клеток. В результате получаются десять молекул, обладающих различными размерами пор. Изображение: N. Giri et al. DOI:10.1038/nature16072

Исследователи получили конечную пористую жидкость путем растворения молекул-клеток в нескольких различных растворителях, которые были подобраны таким образом, чтобы не помещаться в полости клетки: 15-краун-5 и гексахлорпропене. Вещество растворяли до предела растворимости, который составляет приблизительно одна молекула-клетка на 12 (для краун-эфира) и 36 (для гексахлорпропена) молекул растворителя. Исследователи доказали, что в полученной жидкости поры пусты с помощью симуляции молекулярной динамики (показывает, что заполнение пор молекулами растворителя энергетически невыгодно) и позитронной аннигиляционной спектроскопии.

Ученые изучили поглощение газов полученными растворами и обнаружили, что пористые жидкости способны растворять на порядок большие количества газов, нежели чистые растворители. И хотя пористые жидкости пока еще не способны конкурировать с твердыми веществами в отношении количеств захватываемых газов, для них существует перспективное применение разделении различающихся по размерам молекул газов.

Автор: Евгений Анохин