Техника - молодёжи 1989-08, страница 16

Элемент ЖИЗНИ кремний

Из всех элементов таблицы Менделеева с понятием жизни для нас прочно связан, конечно же, углерод, тогда как кремний считается первоосновой неживой природы. Но автор этой статьи вводит нас в необычный мир органических производных кремния.

Валерий ДЬЯКОВ,

доктор химических наук

Кремний вездесущ. На нашей планете по распространенности он занимает второе место после кислорода. Каждый шестой атом в земной коре — атом кремния. Этот элемент служит основой скальных гранитов и мягкой глины, горного хрусталя и слюды, песка и асбеста, аметиста, изумруда и множества других минералов

Первый удар каменного топора и первые искры из кремия положили начало всей нашей цивилизации. Каменный век человечества точнее было бы назвать кремниевым. И после освоения металлов кремний остался одним из «китов» материальной культуры: гончарные изделия, кирпич, стекло, фарфор и фаяис, цементы, стеклопластики, пеностекло и ситаллы, хрупкий стеклоуглерод и мало уступающий алмазу карборунд, полупроводники и солнечные батареи, сверхпрочные волокна карбида кремния и кварцевые нитн световодов — из этого перечня видно, что роль кремния в технике постоянно возрастает. Но сейчас и такого перечня уже недостаточно: все большее значение приобретает кремний в мире живого, прежде всего в медицине и в сельском хозяйстве. _ч

СИЛИКОНЫ — МАТЕРИАЛ БУДУЩЕГО

На Земле насчитывается более миллиона видов живых организмов и лишь около трех тысяч разновидностей минералов. Дело в том, что в отличие от связей в углеродных цепочках связи Si—Si нестабильны и кремниевые полимеры не могли стать основой столь сложных и разнообразных молекул, как органические, построенные из углерода. Но вот силоксановые цепи Si—О—Si—О вполне способны конкурировать по устойчивости и многообразию форм с углеродными полимерами.

Однако по каким-то непонятным причинам природа не успела или не смогла создать органические производные кремния. Это тем более удивительно, что направление круговорота кремния в природе противоположно направлению

круговорота углерода. Если для последнего характерно постепенное связывание С0₂ с образованием карбонатов, то для кремния, наоборот, типично разрушение природных силикатов с выделением свободной Si0₂. И быть может, кремний с углеродом в химической и биологической эволюции играют роль неких близнецов-аитагонистов. По крайней мере, известная гипотеза о том, что соединения кремния были матрицами и катализаторами прн синтезе первых биомолекул на Земле н что такой важный признак живого вещества, как асимметрия молекул аминокислот и Сахаров, возник не без участия первых на планете оптически асимметричных кристаллов кремнезема-кварца, иам кажется вполне приемлемой.

Как бы то ни было, силоксаны появились лишь искусственным путем. В конце тридцатых годов нашего столетия химики синтезировали необычный материал, который обладал термостабильностью камня и эластичностью живой ткани одновременно. Это были молекулы, в которых к силоксановым цепочкам были присоединены углеводородные группы R:

—Si—О— Si—О—

I I R R Такие высокомолекулярные силоксановые соединения были названы силиконами. В зависимости от соотношения числа атомов кремния и углерода среди них были вязкие жидкости, каучуко-подобиые массы или твердые вещества. Силиконы быстро нашлн практическое применение и в медицине.

Вообще говоря, терапевтическое действие окислов кремния и «кремний-содержащих» трав и растений было известно задолго до нашей эры в древней Индии и Китае, затем иа Арабском Востоке. Известно и то, что глина и тальк способствуют заживлению ран, язв, а у гончаров, например, не бывает ревматизма. Научные изыскания в этой области относятся к началу нашего века, когда было показано, что соединения кремния могут выполнять защитные н лекарственные функции в борьбе с туберкулезом (1909 г.) и атеросклерозом (1912 г.)

В отличие от кремнезема и органических соединений кремния медицинское применение силиконов основано не иа их биологической активности, а, наоборот, связано с биологической инертностью (биосовместимостью) и уникальными физико-химическими свойствами. Силиконы используются в гема

тологии и зубоврачебной практике, при изготовлении искусственных клапанов сердца и хрусталиков глаза, протезов женской груди и мужских половых органов, артерий, сухожилий, костей, в че-люстио-лицевой хирургии.

Проведенное в Японии прогнозирование перспектив развития науки и техники привело к приятному для нас, био-кремнийоргаников, выводу — XXI век станет «веком силиконов».

ЖИВОТВОРНЫЕ ПОЛИЭДРЫ — СИЛАТРАНЫ

В 1960 году американский химик Файнстои запатентовал новый тип кремнийорганических полиэдрических соединений, получивших впоследствии название силатр^ны -(рис. 1). Необы-

Р и с. 1. Новый тип кремнийорганических гетероциклов — силатраны. Структура молекулы показана в двух ракурсах. Две точки внутри атрановой «клетки» — неподеленная пара электронов атома азота. R — углеводородная или другая группа.

14