Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка и создание новых химических веществ для использования в сфере магнитных наноматериалов, фотофизических устройств и в атомной отрасли

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.740.11.0252

Информация отсутствует

Участники проекта

Зам. руководителя работ
Борисова Наталья Евгеньевна

Этапы проекта

1
07.07.2009 - 01.12.2009
АННОТАЦИЯ РАБОТ,
ВЫПОЛНЕННЫХ НА ПРОМЕЖУТОЧНОМ ЭТАПЕ № 1
Выбор молекул-лидеров
государственного контракта с Федеральным агентством по науке
и инновациям от 07 июля 2009 г. № 02.740.11.0252.


Шифр: «2009-1.1-131-057»
Период выполнения этапа 07.07.09 – 01.12.09
Исполнитель: Государственное учебно-научное учреждение Химический факультет Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова
Цель работы Произвести изучение строения и свойств серий амидов гетероциклических и полигетероциклических дикислот методами квантово-химического моделирования высокого уровня. На основании полученных результатов выявить факторы, влияющие на прочность комплексов амидов с ионами редкоземельных элементов и актиноидов. Выявить молекулы-лидеры, обладающие максимальным сродством к металлам среди каждого класса веществ для последующего синтеза и изучения.

1. Наименование разрабатываемой продукции
Серия новых химических веществ для использования в атомной отрасли и в сфере магнитных наноматериалов в качестве комплексообразователей и экстрагентов радионуклидов, редкоземельных элементов и переходных металлов. Программы подготовки высококвалифицированных кадров (магистров и аспирантов) в области координационной химии лантаноидов и актиноидов. Отчет о НИР, содержащий обоснование развиваемого направления исследований, изложение методик проведения исследований, а также описание полученных результатов.
2. Характеристика выполненных на этапе работ по созданию продукции
2.1. Проведен анализ поверхностей потенциальных энергий серий амидов 2,6-пиридиндикарбоновой кислоты и их комплексов с переходными и постпереходными металлами и РЗЭ.
2.2 Проанализированы поверхности потенциальной энергии серий амидов 2,2’-бипиридил-6,6’-дикарбоновой кислоты и их комплексов с переходными и постпереходными металлами и РЗЭ.
2.3 Проанализированы поверхности потенциальной энергии серий амидов 2,9-фенантролиндикарбоновой кислоты и их комплексов с переходными и постпереходными металлами и РЗЭ.
2.4 Проведен анализ поверхностей потенциальных энергий серий амидов 2,7-нафтиридиндикарбоновой кислоты и их комплексов с переходными и постпереходными металлами и РЗЭ.
2.5 Выполнена оптимизация строения комплексов для сравнения со строением исходных соединений с целью выявления соединений-лидеров, максимально организованных для связывания.
3. Области и масштабы использования полученных результатов
3.1. Результаты проведенного исследования будут применены для нужд атомной отрасли в части разделения высокоактивных отходов. Кроме того, результаты вызвали большой интерес со стороны специалистов микроэлектроники, оптики, гетерогенного и гомогенного катализа.
3.2. Результаты исследований, проведенных на первом этапе государственного контракта апробированы на следующих Международных и Всероссийских конференциях и симпозиумах: 33ем Международном Симпозиуме “Scientific Bases for Nuclear Wastes Management” MRS09; 13ом Международном Симпозиуме под патронажем IUPAC Macromolecule Metal Chemistry-13; 24й Международной Чугаевской конференции по координационной химии; 6ой Российской конференции по радиохимии «Радиохимия-2009»; научной конференции «Химия и общество. Грани взаимодействия: вчера, сегодня, завтра.». Ход практического внедрения полученных результатов. Результаты выполнения НИР внедрены в образовательный процесс. Создан курс практических занятий для студентов 3 года обучения Высшего Химического Колледжа РАН, а также студентов-магистров 3 года обучения Химического факультета МГУ. Результаты выполнения 1 этапа работ представлены на молодежной конференции-школе «Физико-химические методы в химии координационных соединений».
3.3. На сегодняшний день одной из труднейших не решенных проблем атомной энергетики являются радиоактивные отходы (РАО). Опрос, проведенный в 2008 году по Евросоюзу, показал, что 4 из 10 противников ядерной энергетики станут ее сторонниками, если будет предложено безопасное и окончательное решение проблемы РАО. На территории России в 33 регионах в 1170 хранилищах различного типа накоплена почти половина всех радиоактивных отходов в мире. Ежегодно добавляется около 10 млн. м3 жидких и около 1 млн. тонн твердых РАО. Полученные при проведении первого этапа работ результаты позволят получить экстрагенты, способные решить проблему уменьшения объемов высокоактивных РАО за счет их концентрирования и последующего окончательного захоронения. Необходимость решения этой актуальной задачи, которая носит одновременно и фундаментальной, и прикладной характер, является мощным стимулом для амбициозных молодых специалистов. Уже на первом этапе были достигнут и превышен заданный индикаторный показатель по закреплению молодых специалистов в сфере науки. Были приняты на постоянную работу на Химический факультет МГУ два молодых специалиста. На следующем этапе выполнения работ предполагается принять на постоянную работу еще одного молодого исследователя - кандидата наук, который в настоящее время работает за рубежом.
4. Выводы
В ходе выполненного на первом этапе квантово-химического моделирования выявлены основные структурные факторы, определяющие селективность и прочность связывания ионов лантанидов и актинидов амидами дикарбоновых кислот гетероциклического ряда. Установлено, что для эффективного связывания таких металлов лиганд должен содержать в гетероциклическом ядре не менее двух пиридиновых фрагментов, что обеспечивает хелатирование. Доказано, что помимо природы центрального гетероциклического ядра, важное значение имеет тип заместителей (ароматических и алифатических) у амидных атомов азота, которые обеспечивают правильную «предорганизацию» лиганда, т.е. стабилизируют его конформацию, благоприятную для связывания ионов металлов в псевдополости амида.
На основании результатов теоретического анализа отобраны структуры молекул-лидеров, обладающих полостями нужного размера и необходимой предорганизацией для связывания ионов обоих типов. Проанализированы синтетические подходы к этим молекулам. Тем самым создан надежный теоретических фундамент для решения основной задачи проекта – создания новых эффективных экстрагентов лантанидов и актинидов.

Руководитель работ по проекту
Заведующий лабораторией
ядерного магнитного резонанса,
кафедры органической химии _________________ Ю.А.Устынюк
___ __________ 20__ г.
М.П.
Развернуть
2
01.01.2010 - 01.06.2010
Разработка методов синтеза, модификации и трансформации молекул-лидеров.
Синтез серии новых диамидов 2,6-пиридиндикарбоновой кислоты с набором алкильных и арильныхи заместителей у амидного азота. Синтез серии новых диамидов 2,2'-бипиридил-6,6'-дикарбоновой кислоты с набором алкильных и
арильных заместителей у амидного азота. Синтез серии новых диамидов 2,9-
фенантролиндикарбоновой кислоты с набором алкильных и арильных заместителей у амидного азота. Разработка научно-методических материалов к программе специального лекционного курса по координационной химии
радионуклидов.
Развернуть
3
02.06.2010 - 01.12.2010
Экспериментальное изучение конформационных свойств лигандов на основе 2,6-
пиридиндикарбоновой кислоты и строения их комплексов с переходными, постпереходными металлами и РЗЭ. Экспериментальное изучение конформационных свойств лигандов на основе 2,2'-бипиридил-6,6'-дикарбоновой
кислоты и строения их комплексов с переходными, постпереходными металлами и РЗЭ. Синтез серии новых диамидов 2,7-нафтиридиндикарбоновой кислоты с набором алкильных и арильных заместителей у амидного азота. Разработка научно-методических материалов к программе специального лекционного курса
«координационная химия радионуклидов» Апробация методов создания новых молекул-лидеров обладающих улучшенными свойствами.
Развернуть
4
01.01.2011 - 01.03.2011
Определение констант связывания ионов металлов. Измерение физико-химических характеристик комплексов молекул-лидеров с ионами переходных металлов и РЗЭ. Сравнение данных квантовохимических расчетов, с измеренными в растворах и твердых телах параметрами. Определение структуры и экспериментальная характеризация типов связывания Проведение патентных исследований.
Развернуть
5
02.03.2011 - 02.09.2011
Измерение коэффициентов разделения ионов РЗЭ и америция для молекул лидеров в зависимости от условий. Поиск количественных соотношений структур амидов с их
экстракционной способностью с помощью современных методов QSAR. Разработка программы внедрения результатов в образовательный процесс.
Развернуть

Программа

Программа "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 - 2013 годы

Программное мероприятие

1.1 Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров
Продолжительность работ
2005 - 2006, 11 мес.
Бюджетные средства
7 млн
Организация
ЦФ РАН
профинансировано
Продолжительность работ
2011 - 2012, 18 мес.
Бюджетные средства
6,64 млн
Организация
ФИАН
профинансировано
Тема
Разработка материалов для создания сенсорных элементов устройств оптического контроля химических веществ
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
7 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка и организация выпуска комплекса аттестованных по химическому составу стандартных образцов неорганических наноматериалов на основе высокочистых веществ, для метрологического обеспечения аналитических приборов и методик.
Продолжительность работ
2008 - 2010, 25 мес.
Бюджетные средства
94 млн
Количество заявок
2
Тема
Создание функционирующего в режиме удалённого доступа интерактивного учебно-научного комплекса для выполнения работ в области моделирования наноразмерных атомно-молекулярных структур, наноматериалов, процессов и устройств на их основе, в распределенной вычислительной среде.
Продолжительность работ
2010 - 2011, 12 мес.
Бюджетные средства
18 млн
Количество заявок
1
Тема
Фотофизическая характеристика и пространственная организация новых флуоресцентных биомаркеров.
Продолжительность работ
2008 - 2009, 14 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
1
Тема
Химические и биохимические нанореакторы для проведения магнитно-управляемых реакций.
Продолжительность работ
2008, 3 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Количество заявок
1