Национальные проекты

Наука и университеты

Лаборатория органического синтеза на основе растительного сырья

В сентябре 2021 года в рамках национального проекта «Наука и университеты» в ИМХ РАН была организована новая молодежная Лаборатория органического синтеза на основе растительного сырья. Подобные молодежные лаборатории создавались в субъектах Российской Федерации, имеющих Научно-образовательные центры (НОЦ) мирового уровня.

Условиями создания таких лабораторий было:

1. Руководитель лаборатории должен иметь опыт международного сотрудничества, участвуя в международных научных конференциях и проходя стажировки в иностранных научных учреждениях.
2. В составе лаборатории должно быть не менее 3 студентов очной формы обучения.
3. Не менее 70% работников должны быть не старше 39 лет.

Заведующим лабораторией был назначен после прохождения конкурса кандидат химических наук А.Г. Морозов. Ранее группа под его руководством входила в Лабораторию поисково-прикладных исследований.

Приказ о создании Лаборатории органического синтеза на основе растительного сырья (СРС) вышел 01.10.2021 г.

Руководитель

Заведующий лабораторией: Морозов Александр Геннадьевич, к.х.н.
Возраст, полных лет: 39
Статус: отечественный ученый, имеющий опыт работы в зарубежных лабораториях и участия в международных научных проектах:

• Стипендия DAAD «Научные стажировки для ученых и преподавателей, 2016», номер программы: 57314018; письмо о награде от 23.05.2017; срок стажировки 01.07.2017–30.09.2017, Германия, Технический университет Берлина;
• Стипендия DAAD «Научные стажировки для ученых и преподавателей, 2019», номер программы: 57442043; письмо о награде от 06.08.2020; срок стажировки 01.09.2020–30.11.2020, Германия, Технический университет Берлина.

Общее количество сотрудников лаборатории, чел.: 10 (100%)
Общее количество сотрудников в возрасте до 39 лет, чел.: 8 (80%)
Общее количество студентов, чел.: 4 (30%)

Информация о деятельности лаборатории

В лаборатории ведется разработка и реализация новых научных подходов к химической переработке относительно простых органических веществ растительного происхождения, представляющих собой исходные вещества для получения ценных органических соединений и новых материалов на их основе, что является актуальной научной проблемой. Её решение обеспечит достижение целей устойчивого развития за счет принципов зеленой химии и использования возобновляемых природных ресурсов. В частности, планируется получение новых каталитических систем для синтеза биосовместимых полимеров на основе молочной, янтарной и 3-гидроксипропановой кислот. Кроме этого, планируется разработка каталитических систем для реализации следующих процессов органического синтеза в рамках платформ 2-гидроксипропановой и 3-гидроксипропановой кислот: получение акриловой кислоты, 1,2-пропандиола, 1,3-пропандиола.

К настоящему моменту получены следующие результаты:

1. Разработан удобный одностадийный метод синтеза карбоксилатных комплексов лантаноидов – перспективных катализаторов получения лактида, являющегося мономером биосовместимого биоразлагаемого полиэфира полилактида. Выделены в индивидуальном состоянии и охарактеризованы производные всех стабильных представителей ряда лантаноидов. В зависимости от природы атома металла полученные соединения демонстрируют различную активность в каталитическом процессе получения лактида.
2. Исследован механизм олигомеризации молочной кислоты в присутствии карбоксилатных комплексов лантаноидов. Показано, что в отсутствии катализатора эффективность процесса снижается.
3. Оптимизированы условия олигомеризации молочной кислоты и термодеструкции образующегося преполимера в лактид. Показано, что понижение давления и отвод образующихся низкомолекулярных продуктов поликонденсации обеспечивает получение олигомера, характеризующегося высокой степенью олигомеризации, что является ключевым фактором количественного выхода целевого продукта (лактид) на последующей стадии каталитической деполимеризации.
4. Произведено масштабирование и оптимизация технологических параметров процесса синтеза лактида для получения 0.5-1 кг целевого продукта.
5. Разработана эффективная методика очистки получаемого лактида-сырца (НОУ-ХАУ ИМХ РАН).
6. Разработан высокоэффективный метод получения высокомолекулярного полилактида путем полимеризации с раскрытием цикла лактида в присутствии металлокомплексных соединений нетоксичных щелочноземельных элементов (магний, кальций); получен образец полимера с молекулярной массой 200 тыс. Да, PDI 1.5. Исследован механизм полимеризации и разработаны подходы для направленного получения PLA заданной молекулярной массы.

Публикации

• Kazarina O.V., Morozov A.G., Fedyushkin I.L. Acenaphthylene-Bis(arylamide) Complexes of Aluminum and Gallium in the Polymerization of Lactide. Polymer Science, Series B, 2021, 63, p. 79–84. DOI: 10.1134/S1560090421020056.
• Янышев А.А. Морозов А.Г. Базаев А.В. et al. Сравнительная оценка спаечного процесса после внутрибрюшной имплантации сетчатых полипропиленовых эндопротезов с антиадгезивным резорбируемым полилактидным покрытием. Современные проблемы науки и образования. 2021, 4. DOI: 10.17513/spno.31020.

РИД

• Морозов А.Г., Разборов Д.А. Метод очистки лактида молочной кислоты. НОУ-ХАУ ИМХ РАН, 2022.
• Янышев А.А., Морозов А.Г., Федюшкин И.Л., Базаев А.В., Абелевич А.И. Композитный сетчатый эндопротез для лечения парастомальной грыжи. Патент РФ № 2766669. Дата регистрации 15.03.2022.

Наука

Лаборатория поисково-прикладных исследований

25 декабря 2018 года в рамках национального проекта «Наука» в соответствии с решением Министерства науки и образования Российской Федерации в ИМХ РАН, как в институте I-ой категории, была открыта новая Лаборатория поисково-прикладных исследований. Одним из критериев создания таких лабораторий в стране был возраст научных работников. Подавляющее большинство из них должны были быть работниками не старше 39 лет. Возглавил лабораторию сорокалетний доктор химических наук, профессор РАН Андрей Игоревич Поддельский. Всего в лаборатории числилось 15 сотрудников, из них 1 ведущий научный сотрудник, доктор химических наук; 4 научных сотрудника, кандидата химических наук и 10 младших научных сотрудников. За три года работы лаборатории ее персональный состав менялся, неизменным оставался средний возраст работников – не старше 39 лет.

Основными статистическими показателями работы с 2019 по 2021 год являются:

1. Защищено 7 диссертаций на соискание ученый степени кандидата химических наук;
2. получено 6 российских патентов;
3. опубликовано 68 печатных произведений, из них 29 статей в высокорейтинговых журналах (Q-1 и Q-2).

Основные научные результаты

1. Найдены оптимальные условия синтеза лактида за счет повышения давления на стадии деполимеризации олиго(алкиллактатов) или олиго(молочной кислоты) в присутствии как неорганических солей, так и координационных соединений (карбоксилатов) лантаноидов. В частности, проведение процесса при давлении 50 мм.рт.ст. с его последующим понижением до 5 мм.рт.ст., а также повышение температуры до 230°С со скоростью 25°С•час-1 позволяет увеличить выход лактида до количественных значений. Так, деполимеризация олиго-iPrLA в присутствии 2 мол. %. хлорида церия (III) обеспечивает выход 99 % целевого продукта в сублимате. Аналогичным образом поликонденсация молочной кислоты в присутствии 1.6 мол. % лактата церия и последующая термодеструкция олигомерных продуктов приводит к 94 % выходу лактида.
2. Исследована каталитическая активность карбоксилатов (лактатов) лантаноидов, в том числе лантана, церия, празеодима, неодима (La, Ce, Pr, Nd), в полимеризации лактида в расплаве (150°C).
3. Разработаны антиадгезивные покрытия на полипропиленовые сетчатые импланты для герниопластики на основе биосовместимых полиэфиров – полилактидов, поликапролактона и их сополимеров. Получены композитные образцы полипропиленовой сетки с тонкопленочным покрытием на основе поли-ε-капролактона (PCL), поли-D,L-лактида (PLA). Разработан полимерный имплантат для восстановительной хирургии, демонстрирующий лучшие противоспаечные свойства в сравнении со стандартным полипропиленовым эндопротезом-сеткой.
4. Оптимизированы методы получения композитных материалов на основе поли-D,L-лактида и многостенных углеродных нанотрубок (МУНТ).
5. Получена серия новых цианопорфиразинов, испытанных в качестве противоопухолевых агентов. Уникальные свойства этих флуоресцентных красителей, легко проникающих в раковые клетки и убивающих их под воздействием света, создают инструмент для дозиметрии фотодинамической терапии (ФДТ) и адаптации схемы лечения к индивидуальные особенности каждого пациента.
6. Изучена взаимосвязь строения функционализированных катехолатных комплексов сурьмы(V) и их редокс-свойств, и антирадикальной активности.
7. Получены тонкопленочные покрытия из синтезированных золь-композиций методом погружения (dip-coating) при температуре отжига Т=120, 150 и 200°С; Изучено светопропускание полученных стекол с покрытиями. Исследована твердость полученных покрытий. Наилучшую твердость 7Н, 8Н и 9H показали покрытия, полученные при температуре отжига 120 и 150°С и введением в золь-композицию 0.1 мас.% органических добавок на основе производных метилметакрилата.
8. С использованием когезионной модели, а также фрактально-геометрического подхода к описанию морфологии пор получены аналитические зависимости температуры магнитного превращения «ферромагнетик → парамагнетик» (фазового перехода II рода) для мезопористых ферромагнитных материалов (на примере чистых железа, никеля и кобальта) от геометрических характеристик пор. Установлен специфический эффект падения температуры Кюри при увеличении удельной поверхности мезопористого материала, а также показано влияние изученных закономерностей на реализацию магнитокалорического эффекта в ферромагнетиках. Установлена принципиальная возможность получения т.н. «магнитного термостата» – мезопористого материала, поддерживающего постоянную температуру внутри пор в переменных магнитных полях.
9. Разработаны рентгенозащитные материалы нового типа. Материалы являются гетерослойными структурами, в которых между слоями СКТН-А с наполнителем BiF3(H2O) помещаются микронные слои металлического висмута. Разработанный прием позволяет повысить содержание висмута
   в материале и, как следствие, повысить его рентгенозащитные свойства. Полученные рентгенозащитные материалы по основным техническим характеристикам превосходят все известные органические и металлоорганические материалы.
10. Разработан метод получения композитного материала поли-D,L-лактид/МУНТ.
11. Получены новые высоко эффективные фотосенсибилизаторы для ФДТ, демонстрирующие высокую фотоиндуцированную цитотоксичность и высокий потенциальный терапевтический индекс.
12. Получены моно- и бис-лигандные производные три- и диарилсурьмы(V) с функционализированными катехолальдиминовыми лигандами.

В конце 2021 года в связи с переходом группы А.Г. Морозова в другую лабораторию в состав лаборатории поисково-прикладных исследований была включена группа старшего научного сотрудника, кандидата химических наук Клапшиной Л.Г.