Макромолекулярные катализаторы на основе самоорганизующихся гребнеобразных полимеров

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 21-73-10132

НазваниеМакромолекулярные катализаторы на основе самоорганизующихся гребнеобразных полимеров

Руководитель Фетин Петр Александрович, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" , г Санкт-Петербург

Конкурс №61 - Конкурс 2021 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-301 - Синтез и химические превращения макромолекул

Ключевые слова гребнеобразный полиэлектролит, мицеллярный катализ, самоорганизация, поверхностно-активное вещество, кинетика полимеризации, сшитые полимеризованные мицеллы, микрополярность, гидродинамика макромолекул

Код ГРНТИ31.25.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
С момента формулировки в книге П. Т. Анастас и Дж. С. Уорнер «Зеленая химия: теория и практика» двенадцати принципов «Зеленой химии» прошло чуть более 20 лет, однако, эти принципы до сих пор актуальны и существенны. Представляемый проект соответствует этим принципам и направлен, на разработку полимерных мицеллярных катализаторов для проведения каталитических реакции в мицеллярной псевдофазе в мягких условиях, используя воду как основной растворитель. В проекте предлагается синтез новых гребнеобразных полиэлектролитов, а также внутри- и межмолекулярно сшитых гребнеобразных макромолекулярных систем, обладающих катионными группами, способными к специфическим взаимодействиям с низкомолекулярными веществами. Одной из задач проекта является установление определяющих структурных параметров полимерных мицеллярных катализаторов, позволяющих осуществлять классические органические реакции в воде. В работе будут получены три типа гребнеобразных водорастворимых акриловых полимеров, содержащих ундециловый алифатический фрагмент в каждом мономером звене: 1 тип. Катионные полиэлектролиты, содержащие ароматические (пиридиновая, хинолиновая) и алифатические (N-метилпипиридиновая, триэтиламмонийная, триметиламмонийная) ионные группы. Подобные гребнеобразные полимеры в литературе иногда называют полимеризованными мицеллами. Такие мицеллы не имеют критической концентрации мицелообразования и существуют в растворе практически во всем диапазоне концентраций. Внутри- и межмолекулярная сшивка таких мицелл позволяет ограничивать набор конформаций макромолекул в растворе и получать нано-, микро- и макроскопические гели. 2 тип. Катионные полиэлектролиты, содержащие фрагменты аминокислот (глицин, аланин, пролин, аспарагиновая кислота, и др.), а также бетаиновые структуры на основе этих аминокислот; 3 тип. Неионогенные водорастворимые гребнеобразные полимеры, содержащие полиэтиленгликолевый (ПЭГ) гидрофильный фрагмент разной молекулярной массы или фрагмент дезоксиаминоглюкозы. Проект направлен на установление корреляции между характеристиками макромолекул и особенностями их самоорганизации в растворе. Одним из аспектов работы будет выявление отличий этих полимерных поверхностно-активных веществ от низкомолекулярных ПАВ (полимер vs мономер). Вариация типа полярной группы направлена на поиск образцов, обладающих максимальной солюбилизационной емкостью по отношению к нерастворимым в воде веществам (Orange-OT), а также максимальным ускоряющим эффектом мицеллярно-каталитической реакции в воде. В качестве модельных реакций для тестирования каталитической активности будут использованы реакции щелочного гидролиза паранитрофениловых эфиров алифатических кислот и некоторые конструктивные органические реакции, где ключевым будет влияние исследуемых макромолекул на выход и селективность превращения. На предложенной серии гребнеобразных полимеров удастся проследить влияние на каталитическую активность плавного перехода от катионных образцов (через бетаиновые структуры) к неионогенным (пэгилированным) гребнеобразным полиэлектролитам. Данный проект носит междисциплинарный характер, поскольку предполагает использование методологических подходов различных отраслей химии, а также физических методов исследования (молекулярная гидродинамика, оптические и рентгенодифракционные методы). Научная новизна определяется использованием модифицированной макромолекулярной гребнеобразной платформы для изучения процессов самоорганизации и поиска гребнеобразных полимеров, необходимых в разработке мицеллярно-каталитических систем. Учитывая специфическое взаимодействие субстрата и реагента с гребнеобразной макромолекулой, можно ожидать ускорения химической реакции не только по механизму локального концентрирования. Такие полимерные объекты можно рассматривать как синтетические эквиваленты биологически-активных ферментов. Разработка именно полимерных мицеллярных катализаторов открывает новые возможности регенерации катализатора (например, методом диализа), а также создает предпосылки к созданию на их основе проточных каталитических систем. Этот проект соответствует современной концепции «Зеленой химии» и, безусловно, должен вызвать интерес в научном сообществе.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Фетин П.А., Лезов А.А., Фетина В.И., Кадников М.В., Цветков Н.В., Зорин И.М. Comb-like polyelectrolytes – New surfactants with controlled solubilization capacity Journal of Molecular Liquids, Том 357, 1 July 2022, Номер статьи 119085 (год публикации - 2022)
10.1016/j.molliq.2022.119085

2. Кадников М.В., Фетин П.А., Зорин И.М. Гребнеобразные полиэлектролиты в мицеллярных реакциях гидролиза Проблемы теоретической и экспериментальной химии : тез. докл. XXXII Рос. молодеж. науч. конф. с международ. участием, посвящ. 110-летию со дня рожд. проф. А. А. Тагер, Екатеринбург, Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, Уральский федеральный университет. – Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2022. – 318 с. (год публикации - 2022)

3. Зорин И.М., Зорина Н.А., Фетин П.А. Polymerization of Micelle-Forming Monomers Polymer Science, Series C, Polymer Science, Series C, 2022, Vol. 64, No. 2, pp. 123–134. © Pleiades Publishing, Ltd., 2022., Russian Text © The Author(s), 2022, published in Vysokomolekulyarnye Soedineniya, Seriya C, 2022, Vol. 64, No. 2, pp. 149–161. (год публикации - 2022)
10.1134/S1811238222700060

4. Фетин П.А., Фетина В.И., Кадников М.В., Лезов А.А., Зорин И.М. Comb-Like Polyelectrolytes with Quinolinium and Trimethylammonium Cations in Micellar Catalysis Polymer Science, Series C, Polymer Science, Series C, 2022, Vol. 64, No. 2, pp. 144–153. © Pleiades Publishing, Ltd., 2022., The Author(s), 2022, published in Vysokomolekulyarnye Soedineniya, Seriya C, 2022, Vol. 64, No. 2, pp. 172–181. (год публикации - 2022)
10.1134/S1811238222700163

5. Солунина А.А., Фетин П.А., Лезов А.А., Зорин И.М. Исследование сшитых гребнеобразных полиэлектролитов в растворах Тезисы докладов ИВС РАН, Программа и тезисы докладов 16-ой Санкт-Петербургской конференции молодых ученых с международным участием "Современные проблемы науки о полимерах", устный доклад 2-О-14 c.125 (год публикации - 2022)

6. Зорин И.М., Фетин П.А. Полимеризация в мицеллярных и других самоорганизованных растворах: особенности и применение СУПРАМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СТРАТЕГИИ В ХИМИИ, БИОЛОГИИ И МЕДИЦИНЕ: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ Тезисы докладов. 2022, СУПРАМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СТРАТЕГИИ В ХИМИИ, БИОЛОГИИ И МЕДИЦИНЕ: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ Тезисы докладов. 2022 с.10 (год публикации - 2022)

7. Зорин И.М., Фетин П.А. Мицеллярная полимеризация - кинетика и приложения Новые полимерные композиционные материалы. Микитаевские чтения [Текст]: Материалы ХVIII Международной научно-практической конференции. – Нальчик: Издательство «Принт Центр», 2022., Новые полимерные композиционные материалы. Микитаевские чтения [Текст]: Материалы ХVIII Международной научно-практической конференции. с.136 (год публикации - 2022)

8. Хатунцев С., Фанова А., Фетин П., Каберов Л., Гирбасова Н., Лезов А., Зорин И., Билибин А. Dumbbell-like polyionic complexes of dendronized poly(ethylene glycol): synthesis and self-assembly studies Polymer Chemistry, Polym. Chem., 2023,14, 708-719 (год публикации - 2023)
10.1039/d2py01299e

9. Кадников М.В., Фетин П.А., Зорин И.М. Полимерные мицеллярные катализаторы, модифицированные мПЭГ, для проведения органических реакций в воде Материалы Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов- 2023», секция «Химия». – М.: Издательство «Перо»,, Материалы Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов- 2023», секция «Химия». – М.: Издательство «Перо», 2023. – 121 МБ. [Электронное издание]. (год публикации - 2023)

10. Зорин И.М., Кадников М.В., Фетин П.А. Кросс-сочетание гидрофобных субстратов в воде: мицеллярный катализ полимерными ПАВ Russian Journal of General Chemistry, RUSSIAN JOURNAL OF GENERAL CHEMISTRY Vol. 94 Suppl. 1 2024 (год публикации - 2024)
10.1134/S1070363224140159

11. Фетин П.А., Кадников М.В., Солунина А.А., Фетина В.И., Сеньчукова А.С., Лезов А.А., Зорин И.М. Гребнеобразные полиэлектролиты - платформа для создания умных материалов Сборник тезистов XIX Международной научно-практической конференции «Новые полимерные композиционные материалы. Микитаевские чтения 2023., Тезисы докладов. с. 425 (год публикации - 2023)

12. Кадников М.В., Зорин И.М., Фетин П.А. Полимерные мицеллярные катализаторы для проведения оргнаических реакции в воде VI Международная конференция по коллоидной химии и физико-химической механике (IC CCPCM), посвященная 125-летию со дня рождения П.А. Ребиндера (Казань, 2023): тезисы докладов., тезис докладов. с 61 (год публикации - 2023)

13. Солунина А.А., Зорин И.М., Фетин П.А. Оценка полярности полимерных мицелл из спектров люминесценции VI Международная конференция по коллоидной химии и физико-химической механике (IC CCPCM), посвященная 125-летию со дня рождения П.А. Ребиндера (Казань, 2023): тезисы докладов., Тезисы докладов. с. 186 (год публикации - 2023)

14. М.В. Кадников, П.А. Фетин, И.М. Зорин, Н.В. Цветков Synthesis and macromonomer structure analysis by 1H NMR spectroscopy 21-th International School-Conference Magnatic Resonance and Its Applications. Proceedings, Proceedings. Magnetic resonance and its applications 2024. p.240 (год публикации - 2024)

15. П.А. Фетин, В.И. Фетина, М.В. Кадников, В.В. Орлова, Е.И. Ермоленко, А.А. Лезов, И.М. Зорин Comb-like polyelectrolytes with pyridinium and trimethylammonium cations: Micellar catalytic and antibacterial properties Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 690 (2024) 133696 (год публикации - 2024)
10.1016/j.colsurfa.2024.133696

16. А.А. Солунина, П.А. Фетин Оценка полярности полимерных мицелл из спектров люминесценции полициклических ароматических молекул Сборник тезисов всероссийской студенческой конференции Science and Practice 2023, сборник тезисов докладов С.48 (год публикации - 2023)

17. М.В. Кадников, Н.В. Цветков Полимерные ПАВ с фрагментом мПЭГ - сокатализаторы органических реакций в воде Сборник тезисов всероссийской студенческой конференции Science and Practice 2023, сборник тезисов докладов С.96 (год публикации - 2023)

18. П.А. Фетин, М.В. Кадников, В.И. Фетина, И.М. Зорин Polymerization kinetic and catalytic properties of resulted comb-like polyelectrolytes by 1Н NMR 21-th International School-Conference Magnatic Resonance and Its Applications. Proceedings, Proceedings. Magnetic resonance and its applications 2024. p.79-81 (год публикации - 2024)

19. Фетин П.А., Минов А.Е., Зорин И.М. Интерполиэлектролитные комплексы амфифильных полимеров: тот случай, когда последовательность синтеза влияет на свойства Высокомолекулярные соединения (Polymer Science) (год публикации - 2024)

20. Солунина А.А.,Фетин П.А., Лезов А.А., Зорин И.М. Сшитые гребнеобразные полиэлектролиты для мицеллярно-каталитических целей Проблемы теоретической и экспериментальной химии : тез. докл. XXXII Рос. молодеж. науч. конф. с международ. участием, посвящ. 110-летию со дня рожд. проф. А. А. Тагер, Екатеринбург, 19–22 апр. 2022 г., Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, Уральский федеральный университет. – Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2022. – 318 с. (год публикации - 2022)

21. Фетин П.А., Солунина А.А., Фетина В.И., Кадников М.В., Зорин И.М. Мицеллярные свойства растворов гребнеобразных полиэлектролитов СУПРАМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СТРАТЕГИИ В ХИМИИ, БИОЛОГИИ И МЕДИЦИНЕ: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ Тезисы докладов. 2022, СУПРАМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СТРАТЕГИИ В ХИМИИ, БИОЛОГИИ И МЕДИЦИНЕ: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ Тезисы докладов. с.44 (год публикации - 2022)

Публикации