06.02.2024 | 15:51
В Автограде ученые одними из первых в мире изобрели эффективный метод синтеза сложных молекул на основе пока еще малоизученных сопряженных енинонов и кремния. Разработка позволит создавать широкий перечень веществ для применения их в производстве, строительстве, ЖКХ, экологии и медицине.
Новацию предложили химики Тольяттинского госуниверситета (ТГУ). Над проектом работает научная группа под руководством доктора химических наук Александра Голованова, начальника лаборатории "Органический синтез и анализ" научно-исследовательского института прогрессивных технологий вуза. Они ведут эти исследования с 2021 года по программе Минобрнауки России "Приоритет 2030" в рамках нацпроекта "Наука и университеты" при поддержке гранта Российского научного фонда.
Исследование, благодаря своей значимости, уже опубликовано в ведущем научном международном журнале. Кандидат химических наук, и. о. завкафедрой "Химическая технология и ресурсосбережение" института химии и энергетики ТГУ Сергей Соков подчеркнул, что попасть в подобные издания очень сложно. При этом ежегодно в журналах такого уровня присутствуют научные публикации коллектива Голованова.
Проект посвящен разработке новых способов получения сложных органических молекул на основе малоизученных органических соединений - сопряженных енинонов, обладающих высокой способностью к химическим превращениям. Именно с них тольяттинские ученые начинают синтез новых веществ. Сергей Соков заявил, что енинонами в мире занимаются немногие.
- Енинон - это молекула, у которой есть несколько активных центров, где могут протекать химические реакции, - сообщил он. - Ее можно сравнить с игральной костью: какой гранью она упадет, таков и результат. Так и у енинона при проведении синтеза может среагировать любой из его центров. От того, по какой траектории пойдет реакция, зависят свойства конечного продукта и область его применения. Ранее этот исход было сложно предсказать. Но ученые ТГУ научились управлять этим процессом, запуская синтез избирательно, направляя строго по нужному пути.
Новаторство тольяттинской разработки заключается в применении кремния в качестве инструмента синтеза сложных соединений, благодаря чему процесс проходит легче, быстрее и эффективнее.
- Кремний позволяет созданную молекулу модифицировать, придавая ей широкий спектр свойств, - пояснил Сергей Соков. - Ученые создают кремнийсодержащие молекулы, используя направленный органический синтез: группы атомов кремния вводят в молекулу и убирают из нее. Этот элемент обладает важной особенностью: его легко изъять из молекулы, вместо него поставить другой фрагмент, чтобы придать ей нужные свойства.
Метод позволяет создавать инновационные материалы для применения их в различных отраслях и сферах человеческой жизни.
- Наши вещества, получаемые на основе енинонов, обладают флуоресценцией, то есть светятся при определенных условиях, - сообщил Сергей Соков. - Это люминесцентные краски, красящие добавки к биологическим материалам. Если я, например, хочу исследовать трубопровод и швы на предмет коррозии, можно использовать разные методы. Но самый дешевый - дефектоскопия, когда на поверхность наносят слой красителя на основе полученных нами веществ, а затем обрабатывают его лампой.
Александр Голованов пояснил, что новые соединения при нанесении на поверхность металлических конструкций и агрегатов позволяют обнаруживать скрытую коррозию и микротрещины.
- С их помощью можно выявлять тяжелые металлы в почве и воде, а также в организме человека, в том числе в ультранизких концентрациях, - рассказывал руководитель проекта, - а также анализировать на токсичность устанавливаемые при переломах импланты из магниевых сплавов. Причем все это будут более дешевые методы диагностики по сравнению с действующими. Мы знаем, какие молекулы нам нужны для разнообразных сфер применения, какого состава и строения. Мы умеем получать их из доступных исходных соединений, растворителей и катализаторов. Эксперименты также показали, что часть получаемых веществ обладают противогрибковой, противовоспалительной и противораковой активностью.
Александр Голованов также рассказал:
- Исследования подобного рода ведут во всем мире. Но наши молекулы другие. Практическая значимость проекта сфокусирована именно на разработке методов получения таких молекул, сокращении количества стадий процесса, повышении экологичности и удешевлении метода благодаря отказу от использования ионов тяжелых металлов и катализаторов из драгоценных металлов. Преимущество нашего метода - простота. Можно взять одну молекулу или несколько типовых и на их основе получить самые разнообразные продукты, обладающие люминесцентными свойствами. От старта до результата требуется не десять и более стадий синтеза, как при других технологиях, а всего две-три. Это снижает нагрузку на оборудование и окружающую среду. Научная новизна в том, что мы используем всего один исходный субстрат на основе сопряженных енинонов, обладающий многофункциональностью. Мы выявили, как он взаимодействует с различными реагентами, и смогли получать широкий спектр разнообразных соединений.
Тольяттинские химики сообщили, что "синтетическая" часть проекта завершена и ученые уже приступили к подробному изучению полученных молекул и соединений в сотрудничестве с питерскими коллегами. Также научная группа продолжает исследовать возможность применения своих разработок в качестве биологически активных компонентов в фармакологии и медицине.
