ГЛАВА 10: «ЗЕЛЁНОЕ» КPAСНOE НАНОЗОЛОТО, ИЛИ АЛХИМИЯ

Согласно данным Института зелёной химии Американского химического общества (The American Chemical Society Green Chemistry Institute, ACS-GCI), концепция «зелёной химии» (дизайн химических продуктов и процессов, в котором минимизировано или отсутствует использование опасных веществ) становится основополагающей в химической промышленности, научно-исследовательских и учебных лабораториях [1-3].

Использование наночастиц в биомедицине, науке о материалах и электронике — одна из наиболее интенсивно развивающихся областей нанотехнологии [4], при этом особая роль принадлежит металлическим наночастицам, имеющим характерные свойства, существенно отличающие их от объёмных материалов [5]. Процесс производства таких наночастиц может представлять опасность для окружающей среды и человека: для получения наночастиц методом осаждения металлов из солей часто применяют токсичные и агрессивные химические восстановители, например боргидрид натрия и гидразин. Именно поэтому многие учёные, работающие в данной области, одну U3 своих главных задач видят в том, чтобы найти безопасные методы синтеза объектов нанотехнологий, B TOM числе с использованием природных восстановителей — экстрактов растений. Например, авторы [6, 7] показали, что в качестве сырья для «зелёного» синтеза наночастиц металлов можно использовать обычный чай.

Чай (Camellia sinensis) содержит большое количество биофлавоноидов — природных полифенолов [8], в частности катехины, наиболее распространённым из которых является галлат эпигаллокатехина (ЕССС). Все полифенолы, в том числе EGCG, — сильные антиоксиданты и восстановители, а также способны образовывать комплексы с ионами металлов, что облегчает формирование наночастиц и их дальнейшую стабилизацию в золе.

Описание задачи

«Зелёный» синтез «красных» золей золота с использованием чая — напитка из сухих листьев растения Camellia sinensis.

Реактивы, необходимые для работы

1. Вода дистиллированная.
2. Чай высшего сорта.
3. Золотохлористоводородная кислота, HAuCl4•xH2O.

Оборудование, необходимое для работы

1. Стеклянный стакан объёмом 250 мл — 2 шт.
2. Стеклянный стакан объёмом 50 мл — 5 шт.
3. Стеклянная колба для фильтрования объёмом 250 мл — 1 шт.
4. Стеклянный фильтр — 1 шт.
5. Фильтровальная бумага «синяя лента».
6. Стеклянная палочка — 1 шт.
7. Весы электронные лабораторные 3-го класса или точнее.
8. Электроплитка с закрытой спиралью.
9. Магнитная мешалка (опционально).
10. Сушильный шкаф

Оборудование, необходимое для анализа (опционально)

1. Спектрофотометр.
2. Электронный микроскоп.

Описание эксперимента

B 1-й стаканчик — ничего, во 2-й стаканчик — 1 мг, в 3-й стаканчик — 2 мг, в 4-й стаканчик — 3 мг, B 5-й стаканчик — 4 мг. Быстро перемешивают содержимое стаканчиков и оставляют их стоять. Через несколько минут раствор (изначально желтоватый) в стаканчиках 2-5 начнёт менять окраску и, наконец, окрасится в оттенки от алого до кирпично-красного. Примерно через 3-4 часа при комнатных условиях (при нагревании быстрее) вся золотохлористоводородная кислота прореагирует и процесс образования золя золота завершится.

3. Наблюдение результатов «зелёного» синтеза

Сравните окраску растворов на просвет или спектрофотометрически (опционально).

Примечания

1. Нелишне напомнить, что при выполнении химических опытов нельзя пить и принимать пищу. B данном случае это касается остатков неиспользованного чая. Его легко спутать по цвету с раствором золотохлористоводородной кислоты, а водорастворимые соединения золота ядовиты!
2. Аналогичным образом можно получить наночастицы других благородных металлов (серебра, платины, палладия).

Дополнительные факты

В индийской (аюрведической) и китайской народной медицине красное коллоидное золото известно очень давно, и получали его именно описанным способом — восстановлением солей с помощью экстрактов растений. В китайском языке название такого золя состояло из двух слов: Kim (золото) и Yeh (сок) [9, 10]. Слово «kimyeh» (золотой сок) вошло в арабский язык Kak «kimiya» и с определённым артиклем «al» стало использоваться для обозначения красного коллоидного золота — «alkimiya», позже слово «алхимия» пришло и в западный мир. Так что и древняя алхимия — это тоже нанотехнология.

Полезная литература

1. Anastas P.T., Wаrnеr J. С. Principles of green chemistry // Сrееn chemistry: theory and practice, 1998. P. 29-56.
2. Matlack A. 5. Introduction to green chemistry. N.Y.: Marcel Dekker, Inc., 2001.
3. Lancaster M. Green chemistry: anintroductory text. Cambridge, UK: Royal Society of Chemistry, 2010.
4. Roco M.C. Nanotechnology: convergence with modern biology and medicine // Current Opinion in Biotechnology. 2003. V. 14 (3). P. 337-346.
5. Daniel M. С., Astruc D. Gold nanoparticles: assembly, supramolecular chemistry, quantum-size-related properties, and applications toward biology, catalysis, and nanotechnology // Chemical Reviews. 2004. V. 104 (1). Р. 293-346.
6. Nadagouda М. М., Varma В. 5. Green synthesis of silver and palladium nanoparticles atroom temperature using coffee and tea extract // Green Chemistry. 2008. V. 10 (8). Р. 859-862.
7. Begum N. А., Mondal S., Basu S. et al. Biogenic synthesis оf Au and Ag nanoparticles using aqueous solutions of Black Tea leaf extracts // Colloids and Surfaces В: Biointerfaces. 2009. V. 71 (1). Р. 113-118.
8. Wang H., Provan G.J., Helliwell K. Tea flavonoids: their functions, utilisation and analysis // Trends in Food Science & Technology. 2000. V. 11 (4). P. 152-160.
9. Mahdihassan S. The sino-indian origin of chemeia and chumeia as synonyms in grek, signifying alchemy // Ancient Science of Life. 1984.V. 4 (2). P. 116.
10. Richards D.G., McMillin D. L., Mein E.A., Nelson C.D. Gold апа its relationship to neurological/glandular conditions // International Journal of Neuroscience. V.112 (1). P. 31-53.