Какая степень окисления у кремния?

Это связано с влиянием органических радикалов, стабилизирующих необычные для кремния степени окисления. Например, в силанах кремний может проявлять степени окисления от -4 до +4:

Однако и в органических соединениях наибольшей стабильностью обладают те, где кремний находится в степени окисления +4. Например, чрезвычайно широко используются различные органосилоксаны, производные кремниевой кислоты.

Особенности строения органосиланов

Хотя органосиланы могут существовать в различных степенях окисления кремния, их строение имеет некоторые общие черты.

Во-первых, в большинстве органосиланов кремний связан с одним или несколькими атомами водорода. Это определяет их высокую химическую активность и горючесть.

Во-вторых, за счет наличия органических заместителей молекулы органосиланов приобретают объемную структуру со значительными стерическими затруднениями.

Химические реакции органосиланов

Химические реакции органосиланов во многом определяются степенью окисления кремния.

Так, для соединений с отрицательными степенями окисления характерны реакции окисления и диспропорционирования с образованием более высоких "кремний возможные степени окисления".

В то же время соединения кремния в степени окисления +4 обладают низкой реакционной способностью и подвергаются преимущественно реакциям замещения органических групп.

Физические свойства органосиланов

Возможные физические свойства органосиланов (температуры плавления и кипения, растворимость, оптические характеристики) во многом зависят от природы органических заместителей.

Наличие объемных заместителей приводит к повышению температур плавления и кипения по сравнению с неорганическими аналогами.

Биологическая активность органосиланов

Многие органосиланы проявляют выраженную биологическую активность, обусловленную как свойствами самого кремния, так и органических заместителей.

Особый интерес вызывают соединения на основе олигомерных и полимерных органосилоксанов, которые находят широкое применение в медицине и фармакологии.

Механизм биологического действия органосилоксанов

Механизм биологического действия органосилоксанов до конца не изучен. Предполагается, что они способны проникать через клеточные мембраны и взаимодействовать с различными белковыми структурами.

Кроме того, гидрофобные органосилоксаны эффективно связывают липиды, изменяя проницаемость и микровязкость клеточных мембран.

Органосилоксаны в медицинских имплантатах

Важнейшее применение различные органосилоксаны находят при производстве мягких контактных линз, искусственных суставов, катетеров и других медицинских изделий, контактирующих с кровью и биологическими жидкостями организма.

Гидрофобные свойства органосилоксанов препятствуют адгезии и росту микроорганизмов на поверхности имплантатов, продлевая срок их службы.

Перспективы использования органосилоксанов

Уникальные физико-химические свойства органосилоксанов в сочетании с их биосовместимостью открывают перспективы создания на их основе лекарственных препаратов пролонгированного действия, тканевых инженерных конструкций и искусственных органов.

Проблемы безопасности органосилоксанов

Некоторые низкомолекулярные органосилоксаны при определенных условиях способны разлагаться с выделением формальдегида - потенциального канцерогена и мутагена.

Этот факт ограничивает их использование в косметической и пищевой промышленности, ставя перед исследователями задачу поиска более стабильных и безопасных соединений на основе (органо)силоксанов.

Пути повышения стабильности органосилоксанов

Существует несколько основных подходов к повышению термической и химической стабильности органосилоксанов:

1. Увеличение молекулярной массы за счет использования высокомолекулярных и олигомерных соединений.
2. Введение объемных органических заместителей, затрудняющих деструкцию.
3. Модификация концевых групп для предотвращения расщепления цепей.
4. Сшивка полисилоксановых цепей для образования пространственных сетчатых структур.
5. Комбинация вышеперечисленных подходов.

Перспективные органосилоксаны в медицине

Наибольший интерес для биомедицинского применения представляют сшитые гелеобразные органосилоксаны и микро- или нанокапсулированные жидкие органосилоксаны с лекарственными веществами.

Подобные системы позволяют доставлять и пролонгированно высвобождать лекарства в организме, а также служат основой для создания искусственных имплантируемых тканей.

Перспективы применения гибридных органосилоксанов

Активно исследуются гибридные органосилоксаны, содержащие в структуре фрагменты природных и синтетических полимеров - полиэтиленгликоля, полилактида, хитозана, коллагена.

Такие гибриды сочетают уникальные свойства неорганического кремния и органических полимеров, что открывает пути для их использования в качестве материалов для регенеративной медицины и тканевой инженерии.