Регистрация / Вход
Прислать материал

Новые каталитические системы и полимерные носители

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.740.11.0266
Продолжительность работ
2009 - 2011, 26 мес.
Бюджетные средства
10,5 млн
Внебюджетные средства
5,1 млн

Информация отсутствует

Соисполнители

Организация
ИНЭОС РАН
Организация
ИНХС РАН

Этапы проекта

1
07.07.2009 - 30.11.2009
АННОТАЦИЯ РАБОТ,
ВЫПОЛНЕННЫХ НА ПРОМЕЖУТОЧНОМ ЭТАПЕ № 1
“Оптимизация лигандов”
государственного контракта с Федеральным агентством по науке
и инновациям от 7 июля 2009 г. № 02.740.11.0266.
Шифр: «2009-1.1-134-060-013»
Период выполнения этапа 07/07/09 – 30/11/09
Исполнитель: Государственное учебно-научное учреждение Химический факультет Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова
(Химический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова)
ИНН 7729100831
КПП 772901001
Юридический и фактический адрес: 119991, ГСП-1, г. Москва, Ленинские Горы, дом 1, строение 3.
ОГРН 1027700206214
Цель работы Создание новых каталитических систем на основе гидрофосфорильных соединений и N-гетероциклических карбенов и новых полимерных носителей на основе ионогенных амфифильных блок- и градиентных сополимеров.
Выполнение НИР должно обеспечивать достижение научных результатов мирового уровня, подготовку и закрепление в сфере науки и образования научных и научно-педагогических кадров, формирование эффективных и жизнеспособных научных коллективов.

1. Наименование разрабатываемой продукции
- Перспективные методики синтеза блок- и градиентных ионогенных амфифильных сополимеров с регулируемой молекулярной массой, составом и распределением ионогенных и гидрофобных звеньев вдоль полимерной цепи, для последующего получения на их основе полимерных покрытий, материалов и композитов с регулируемым распределением гидрофобных и ионогенных структурных областей микро- и наноразмеров.
- Опытные образцы блок- и градиентных сополимеров на основе стирола, н-бутилакрилата, 4-(2-)винилпиридинов и продуктов их кватернизации, акриловой кислоты, винилового спирта и полиэтиленоксида, а также плюроников и поли-(N,N-диметиламиноэтилметакрилата).
- Общие принципы дизайна амфифильных блок- и градиентных сополимеров, пригодных для доставки катионных лекарств в эукариотические клетки. Определение токсических концентраций катионных блок-сополимеров и сополимеров для эукариотических клеток.
- Методы получения и характеризации комплексов катионных блок-сополимеров с нуклеиновыми кислотами и анионных амфифильных сополимеров с доксорубицином.
- Новые каталитические системы на основе комплексов N-гетероциклических карбенов и гидрофосфорильных соединений для функционализации непредельных соединений и реакций кросс-сочетания.
- Серия лигандов ряда N-гетероциклических карбенов (или их прекурсоров в случае нестабильных карбенов) и гидрофосфорильных соединений
- Выявление оптимальных условий проведения каталитической функционализации непредельных соединений.
- 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. При выполнении работ на первом этапе, методами квантово-химического моделирования высокого уровня изучены строение и электронная структура гидрофосфорильных и карбеновых лигандов различных типов и их комплексов с переходными металлами. Использование суперкомпьютерных кластеров МСЦ РАН (Межведомственный суперкомпьютерный центр) и проведение расчетов в режиме параллельных вычислений позволило с высокой точностью рассчитать геометрию и электронное строение лигандов и их комплексов, выявить закономерности, связывающие структуру с каталитической активностью, на основании полученных результатов определить наиболее перспективные структуры лигандов для синтеза, который предстоит выполнить на 2 этапе.
2.2. Впервые, с использованием метода функционала плотности, построена теоретическая модель каталитического цикла гидроформилировния алкенов на платиновых комплексах гидрофосфорильных лигандов. Впервые найдено принципиально новое явление - доказано, что в металлокомплексном катализе протонный перенос по цепочке водородной связи может выполнять роль «триггера», подобно тому, как это имеет место в ферментативных реакциях. Выявлены общие закономерности, связывающие активность каталитической системы со структурой, и сделан обоснованный выбор лигандов для построения наиболее эффективной каталитической системы важного промышленного процесса – гидроформилирования алкенов.
2.3. Разработаны новые подходы к синтезу ГФС и карбеновых лигандов. Проведена оптимизация и масштабирование методик синтеза нескольких лигандов. Разработаны новые перспективные методики синтеза амфифильных блок- и градиентных сополимеров на основе плюроников и полиэтиленоксида. Синтезированы сополимеры стирола, акриловой кислоты и полиэтиленоксида для доставки доксорубицина в раковые клетки. Наработаны лабораторные образцы амфифильных блок- и градиентных сополимеров на основе плюроников и полиэтиленоксида: проведен синтез, очистка и полная характеризация состава и структуры целевых полимеров. Проведен детальный литературный обзор по применению гидрофосфорильных лигандов в реакциях гидроформилирования, а так же обзор методов синтеза карбеновых лигандов и использования их комплексов с металлами в катализе.
2.4. Создание объектов интеллектуальной собственности на данном этапе не запланировано (в соответствии с Техническим Заданием и Календарным Планом).
3. Области и масштабы использования полученных результатов
3.1. Результаты проведенного исследования будут применены для нужд химической промышленности в области общего и тонкого органического синтеза, а так же создания новых полимерных материалов и носителей. Результаты вызвали большой интерес со стороны специалистов в области гомогенного катализа, химии полимеров, медицинской химии.
3.2. Проводится подготовка программ по результатам НИР для внедрения в образовательный процесс.
3.3. Необходимость и актуальность задач проводимых исследований, которые носят одновременно и фундаментальной, и прикладной характер, является мощным стимулом для амбициозных молодых специалистов. Уже на первом этапе были достигнуты заданные индикаторные показатели по закреплению молодых специалистов в сфере науки. Результаты исследований, проведенных на первом этапе государственного контракта, апробированы на Всероссийской конференции «Итоги и перспективы химии элементоорганических соединений», посвященной 110-летию со дня рождения академика А.Н.Несмеянова, и Международном симпозиуме «Organometallics in Catalysis, Environment and Life Sciences». По результатам работы опубликованы 6 научных работ [1-6] и принята к опубликованию работа [7].
1. Жиентаев Т.М., Мелик-Нубаров Н.С., Литманович Е.А., Аксенова Н.А., Глаголев Н.Н., Соловьева А.Б. Влияние плюроников на фотокаталитическую активность водорастворимых порфиринов. // Высокомолекулярные Соединения, Серия А (2009) т. 51, № 5. с. 757-767.
2. Павлов Д.Н., Дородных Т.Ю., Заборова О.В., Н.С. Мелик-Нубаров Взаимодействие сополимеров диметилсилоксана и этиленоксида с модельными мембранами и раковыми клетками. // Высокомолекулярные Соединения, Серия А (2009) т. 51, № 3, с. 1-8.
3. Solovieva A.B., Melik-Nubarov N.S., Zhiyentayev T.M., Tolstih P.I., Kuleshov I.I., Aksenova N.A., Litmanovich E.A., Glagolev N.N., Timofeeva V.A., Ivanov A.V. Development of Novel Formulations for Photodynamic Therapy on the Basis of Amphiphilic Polymers and Porphyrin Photosensitizers. Pluronic Influence on Photocatalytic Activity of Porphyrins // Laser Physics, 2009, Vol. 19, No. 4, pp. 1–8.
4. Беркович А.К., Орлов В.Н., Мелик-Нубаров Н.С. Взаимодействие полианионов с электронейтральными липосомами в слабо кислой среде // Высокомолекулярные Соединения, Серия А (2009) т. 51, № 6, с. 1-8. с. 972–982.
5. Лысенко Е.А., Трусов А.Н., Челушкин П.С., Бронич Т.К., Кабанов А.В., Зезин А.Б. Смешанные мицеллы на основе катионного и анионного амфифильных диблок-сополимеров с идентичным гидрофобным блоком // Высокомолекулярные Соединения, 2009, Серия А, Т. 51, № 6, с. 929 – 939.
6. Заремский М.Ю., Калугин Д.И., Голубев В.Б. Градиентные сополимеры: получение, строение, свойства // Высокомолекулярные Соединения, Серия А. 2009, 51, с. 137-160.
7. Устынюк Ю. А., Бабин Ю. В., Савченко В.Г., Мышакин Е.М., Гавриков А.В., «Протонный триггер» в каталитической реакции гидроформилирования алкенов на комплексах платины с гидрофосфорильными лигандами. Докл. Академии наук, серия физическая, 2010, 430, №4 ( в печати).
4. Выводы
  В ходе выполненного на первом этапе квантово-химического моделирования детально изучены строение и электронная структура лигандов новых типов и их комплексов с переходными металлами. На основе теоретического анализа сделан вывод, что для построения катализаторов на основе переходных металлов наиболее перспективными для создания эффективных каталитических систем функционализации алкенов являются гидрофосфорильные лиганды (ГФС), а так же диаминокарбены, содержащие 6-и и 7-и членные циклы, карбеновые лиганды на основе пиридина и его аналогов. Разработаны эффективные методики синтеза предшественников карбенов, а так же ГФС лиганды. Синтезированы первые примеры комплексов таких лигандов с переходными металлами. Разработаны методы синтеза и очистки градиентных сополимеров стирола и акриловой кислоты с помощью контролируемой радикальной полимеризации в условиях обратимой передачи цепи. Разработаны методы присоединения блоков полиэтиленгликоля к сополимерам стирола и акриловой кислоты. Изучены свойства таких полимеров в качестве полимерных носителей. В результате создан надежный теоретический и экспериментальный фундамент для решения основной задачи проекта – создания каталитических систем и полимерных носителей. В целом достигнутые результаты показывают, что исследования по проекту развиваются с существенным опережением намеченной ранее программы.

Руководитель работ по проекту
Заведующий лабораторией ЯМР,
кафедры органической химии _________________ Ю.А.Устынюк
___ ноября 2009 г.
М.П.
Развернуть
2
01.01.2010 - 01.06.2010
1. Разработка перспективных методик синтеза градиентных и блок-сополимеров методами контролируемой радикальной полимеризации.
2. Расчет квантовомеханическими методами характеристик комплексов металлов с карбенами и ГФС, анализ методами ОРТ возможных
интермедиатов в реакциях гидроформилирования, гидрокарбоксилирования и гидрокарбалкоксилирования алкенов и алкинов.
3. Синтез N-гетероциклических карбенов, а также ряда карбеновых комплексов с некоторыми металлами; анализ их химических свойств, оценка устойчивости.
4. Проведение тестовых экспериментов по синтезу
комплексов гидрофосфорильных (ГФС) лигандов с поздними переходньми металлами.
5. Наработка лабораторных образцов градиентных и блок-сополимеров методами контролируемой радикальной полимеризации
6. Проведение первичного тестирования каталитических свойств полученных комплексов М-гетероциклических карбенов и гидрофосфорильных (ГФС) лигандов в реакциях гидроформилирования, гидрокарбоксилирования
и гидрокарбалкоксилирования алкенов и алкинов
7. Проведение исследований самоорганизации в растворе амфифильных блок-и градиентных сополимеров
8. Подготовка научно-методических материалов для проведения школы-семинара.
Развернуть
3
02.06.2010 - 30.11.2010
1. Оптимизация карбеновых и ГФС лигандов на основе полученных данных о свойствах их комплексов с переходными металлами
2. Изучение методами ОРТ биядерных комплексов гидрофосфорильных (ГФС) лигандов с ранними и поздними переходными металлами, выявление возможных интермедиатов в каталитических циклах.
3. Исследование комплексообразования амфифильных блок-сополимеров с противоположно заряженными полиэлектролитами в растворе.
  4. Синтез карбеновых лигандов и их прекурсоров оптимизированной структуры 5. Синтез комплексов гидрофосфорильных (ГФС) лигандов с ранними переходными металлами
6. Скрининг каталитических свойств всех полученных комплексов, варьирование условий катализа.
7. Дальнейшая оптимизация лигандов и катализаторов на основе полученных данных о каталитической активности.
8. Исследование комплексообразования амфифильных блок-сополимеров с поверхностно-активными веществами в растворе.
Развернуть
4
01.01.2011 - 30.04.2011
1. Проведение патентных исследований на предмет использования комплексов М-гетероциклических карбеновых и гидрофосфорильных (ГФС) лигандов с металлами для катализа реакций гидроформилирования, гидрокарбоксилирования и гидрокарбалкоксилирования алкенов и алкинов.
2. Исследование самоорганизации амфифильных блок-и градиентных сополимеров в блоке и тонких пленках.
3. Синтез комплексов оптимизированной структуры.
4. Синтез биядерных комплексов гидрофосфорильных (ГФС) лигандов с ранними и поздними переходными металлами.
5. Тестирование каталитических свойств оптимизированных комплексов карбеновых и гидрофосфорильных (ГФС) лигандов в оптимальных условиях катализа.
6. Исследование комплексообразования амфифильных градиентных сополимеров с противоположно заряженными комплексообразователями в растворе.
7. Исследования комплексообразования амфифильных блок-и градиентных сополимеров с лекарствами и нуклеиновыми кислотами.
8. Разработка программы внедрения результатов НИР в образовательный процесс создание нового специального курса по металлокомплексному
катализу, включающего результаты исследований по проекту, а также модифицирование программы специальных лекционных курсов "Полиэлектролиты", "Синтез полимеров" и "Растворы полимеров" разделами, включающими результаты проекта; написание статей.
Развернуть
5
01.05.2011 - 06.09.2011
1. Испытания биологической эффективности комплексов амфифильных блок- и градиентных сополимеров с лекарствами на клетках.
2. Финальная оптимизация каталитических систем и каталитических циклов методами ОРТ.
3. Наработка карбеновых комплексов, проявивших наибольшую каталитическую активность в
количествах 1-5г.
4. Наработка комплексов гидрофосфорильных (ГФС)
лигандов, проявивших наибольшую каталитическую
активность в количествах 1-5г.
5. Отработка оптимальных условий каталитических
реакций комплексов карбеновых и гидрофосфорильных (ГФС) лигандов.
6. Испытания биологической эффективности комплексов амфифильных блок-и градиентных сополимеров с нуклеиновыми кислотами на клетках.
7. Подготовка научно-методических материалов для
учебного курса, подготовка макета статей.
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
2008 - 2010, 25 мес.
Бюджетные средства
136 млн
профинансировано
Тема
Доклинические исследования радиофармацевтического препарата на основе самария-153 в полимерном носителе для лучевой терапии метастатических опухолей позвоночника.
Продолжительность работ
2016 - 2018, 23 мес.
Бюджетные средства
33 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка технологии получения мембранно-каталитических полимерных материалов и систем.
Продолжительность работ
2008 - 2010, 25 мес.
Бюджетные средства
130 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка фотобиокатализаторов и биосенсоров на основе ферментов и хлорофилл-белковых комплексов, иммобилизованных в мезопористых полупроводниковых носителях.
Продолжительность работ
2008 - 2009, 17 мес.
Бюджетные средства
7,8 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка технологии получения и создание опытного производства нанопористых углеродных носителей и катализаторов на их основе
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
2
Тема
Доклинические исследования радиофармацевтического препарата на основе самария-153 в термочувствительном носителе для локальной лучевой терапии опухолей.
Продолжительность работ
2015 - 2017, 25 мес.
Бюджетные средства
33 млн
Количество заявок
1