ВСТУП

Хімія координаційних сполук, що виникла як розділ неорганічної хімії, в даний час є тією ланкою, яка зв’язує такі різні розділи хімії як неорганічна, елементоорганічна, біохімія. Прийшла черга і хімії поверхні. Бурхливий розвиток методів хімічного модифікування поверхні призвів до того, що були одержані сотні видів композиційних матеріалів, поверхня яких містить потенціальні комплексоутворюючі сполуки. Інтерес до таких матеріалів величезний, оскільки вони знаходять різнобічне застосування. Це селективні та групові адсорбенти з відмінними кінетичними характеристиками; це унікальні каталізатори, що сполучають у собі переваги гетерогенних та гомогенних каталізаторів; це нерухомі фази для найбільш ефективного методу розділення та аналізу речовин - високоефективної рідинної хроматографії; це і основа хімічних та біологічних сенсорів - пристроїв для безреактивних методів аналізу. Це, нарешті, живі клітини, закріплені на носії. Зараз промислово випускається біля 1300 видів неорганічних матеріалів із хімічно зміненою природою поверхні, переважно на основі оксиду кремнію, з різною пористою структурою. Більше 117 фірм випускають такі матеріали. Серед них: Whatman, Merk, Degussa, Vydac, Hamilton, TSK.

Матеріали із зміненою природою поверхні містять не більше 10% модифікатора від загальної маси. Однак навіть незначні його кількості змінюють властивості вихідних сполук докорінним чином. Наприклад, при обробці силаном оптичного волокна на його поверхні закріплюється менше 0.2% вуглецю, що на 100% покращує адгезію модифікованого волокна до полімерів. Причина цього проста. Специфічні властивості модифікованих матеріалів проявляються через їх взаємодію, яка відбувається у поверхневому шарі. Чим більша поверхня матеріалу, тим сильніше проявляються специфічні властивості молекул, закріплених на його поверхні. Непориста модифікація кремнезему - аеросил - може мати питому площу поверхні до 300 м²/г. Для того щоб досягти таких величин, розмір окремих частинок кремнезему повинен бути 5-7 нм. Якщо така частинка має сферичну форму, неважко підрахувати, що всього 30-40 атомів кремнію можуть розміститися по її діаметру і більше тисячі атомів - на поверхні. Для силікагелів, що мають площу поверхні 600 м²/г і більше, розрахунки з використанням моделі циліндричної пори показують, що стінки між цими порами мають товщину лише в декілька атомів. Тому специфічні властивості поверхні для таких матеріалів проявляються особливо сильно.

Із усіх неорганічних матеріалів для модифікування найбільш широко застосовують оксид кремнію. Модифікувати його поверхню можна різними способами. Але, по суті, єдиний метод, який дозволяє одержати термодинамічно стійкі сполуки - це метод хімічного модифікування поверхні, який дозволяє формувати ковалентний зв’язок між поверхнею кремнезему та шаром прищеплених груп. По суті, єдиним, що одержав широке розповсюдження, методом ковалентного закріплення органічних і, зокрема, комплексоутворюючих сполук є метод силанізування поверхні, тобто обробки носія кремнійорганічними сполуками. Причини цього очевидні: ланцюжок зв’язків Si_{(кремнезему)}-О-Si_{(силану)}-С, що утворюється в результаті такої обробки, найбільш стійкий з усіх інших можливих комбінацій зв’язків, які призводять до закріплення органічних молекул на кремнеземі. Крім того, більше 700 кремнійорганічних сполук, які випускаються двома основними компаніями ‘Hull’ та ‘Petrarch System’, можуть бути використані для хімічного модифікування поверхні. Деякі хімічні фірми, наприклад ‘Fluka’, видають спеціалізовані каталоги кремнійорганічної продукції, що випускається ними.

У даному дослідженні основну увагу приділено кремнеземам із ковалентно закріпленими на їх поверхні органічними сполуками, здатними до комплексоутворення. Ми пропонуємо називати такі сполуки комплексоутворюючими хімічно модифікованими кремнеземами (КХМК). Попередниками таких матеріалів можна вважати комплексоутворюючі смоли, властивості яких різнобічно вивчені. КХМК - наступне покоління матеріалів подібного типу.

Монографія складається із 5 глав. У першій главі коротко викладаються сучасні уявлення про будову поверхні кремнезему. У другій проведений аналіз методів силанізування, розглянути можливі схеми розподілу прищеплених груп та їх геометрія. У третій главі обговорені методи одержання КХМК за реакцією збирання на поверхні, в четвертій співставленні методи кількісного та якісного аналізу прищеплених груп КХМК. І, нарешті, у п’ятій розглянуті приклади синтезу кремнеземів з прищепленими комплексоутворюючими групами різної природи.