Молодые исследователи ИОХ РАН — среди финалистов одного из главных научных событий года

С 23 по 26 сентября в Саратове прошел Всероссийский молодежный научный форум «Наука будущего — наука молодых». Более 300 финалистов конкурса научно-исследовательских работ были отобраны из трех тысяч заявок по итогам многоэтапного отбора. Их работы были представлены на десяти секциях, охватывающих ключевые научные направления: от химии, физики и инженерных наук до гуманитарных и агробиотехнологических исследований.

Форум, собравший молодых ученых, студентов и аспирантов со всей страны, стал не просто площадкой для презентации научных идей, но и пространством для полноценного профессионального диалога между поколениями исследователей. Интенсивная программа, международные эксперты, живое общение и соревновательная часть — все это делает мероприятие уникальным по масштабу и значимости для научной молодежи России.

Одна из отличительных черт форума — мощная образовательная и коммуникационная программа: лекции ведущих ученых, семинары и мастер-классы, стратегические сессии и обсуждение междисциплинарных вызовов науки будущего. Кроме того, участники учатся презентовать свои проекты, выстраивать диалог с международным научным сообществом и находить точки соприкосновения между фундаментальными исследованиями и прикладными задачами.

В финал мероприятия, в секции «Химия и химические технологии», вышли сотрудники ИОХ РАН, представившие актуальные проекты на стыке синтетической, зеленой и материаловедческой химии. Ниже представлены темы их научных исследований и краткие аннотации:

● Виктория Дмитриева — лаборант, лаборатория исследования гомолитических реакций.
Тема: «Разработка средств защиты растений на основе органических пероксидов».

Обнаружена трехкомпонентная реакция 1,3-дикетонов с пероксидом водорода и спиртами. 3,5-диалкокси 1,2-диоксоланы образуются с выходом от 13% до 83% при использовании избытка кислот, таких как серная, метансульфоновая, п-толуилсульфокислота или эфират трехфтористого бора. Реакция протекает с образованием 3,5-диалкокси-1,2-диоксоланов, несмотря на разнообразие возможных путей реакции, приводящих к образованию различных типов пероксидов, олигомеров, полимеров или гидролизу. 3,5-диметокси-1,2-диоксоланы проявляют высокую активность в отношении фитопатогенных грибов.

● Дмитрий Клетнов — лаборант, лаборатория тонкого органического синтеза им. И.Н. Назарова.
Тема: «Безопасное фотокаталитическое окисление в среде сверхкритического диоксида углерода».

Данная работа посвящена разработке безопасных фотокаталитических подходов для окисления органических соединений, а конкретно, сульфидов. В работе уделяется внимание традиционным подходам к окислению сульфидов и новейшим «экологическим» подходам с использованием каталитических систем, в которых в качестве окислителя используется пероксид водорода или молекулярный кислород. Далее обсуждаются процессы фотоокисления сульфидов молекулярным кислородом, особенности этих реакций, факторы, влияющие на их протекание и возможные механизмы фотоокисления. В следующем разделе работы обсуждаются преимущества сверхкритического диоксида углерода (ск-CO₂) как среды для проведения реакций с органическими молекулами, описываются литературные примеры использования ск-CO₂ в каталитических процессах. Далее, описывается опыт проведения реакций фотоокисления синглетным кислородом в среде ск-CO₂, большое внимание уделяется подбору эффективных сенсибилизаторов, сорастворителей и условий для проведения реакций в проточном реакторе. В рамках экспериментальной части работы исследованы фотокаталитические свойства 11 соединений в реакции фотоокисления сульфидов молекулярным кислородом в среде ск-CO₂ (7 из 11 исследуемых соединений были синтезированы по литературным методикам). Наилучшими показателями конверсии сульфидов и селективности их окисления в сульфоксид обладают антрахиноновые красители хинизаринового ряда. Исходя из полученных результатов, была проведена оптимизация условий для реакции фотоокисления тиоанизола до соответствующего сульфоксида с высокой конверсией (94%) и селективностью (91%). Применение данного подхода позволило окислить 4 пара-замещенных тиоанизола с конверсией до 100% и селективностью (по сульфоксиду) до 79%.

● Николай Гребенников — лаборант, лаборатория металлокомплексных и наноразмерных катализаторов.
Тема: «Разработка новых катализаторов для реакций C-N, C-O кросс-сочетаний с использованием концепции “гибкого стерического объёма” применительно к фосфиновым лигандам».

Проект направлен на разработку новых фосфиновых лигандов с использованием концепции «гибкого стерического объема» и создание на их основе эффективных пре-катализаторов для палладий-катализируемых реакций кросс-сочетания с образованием связей C–N и C–O. Реакции этого типа являются одними из ключевых инструментов современной органической химии, широко применяемыми в фармацевтике и материаловедении. Тем не менее, химики-синтетики до сих пор сталкиваются с трудностями, связанными с побочными процессами, низкой стабильностью катализаторов и необходимостью жестких условий. В работе впервые реализован перенос концепции «гибкого стерического объёма» с класса N-гетероциклических карбенов (NHC) на фосфиновые лиганды на основе имидазола. Полученные лиганды сочетают в себе благоприятные электронные свойства и гибкость, позволяющую подстраиваться под электронную и стерическую природу субстрата. На их основе синтезированы стабильные комплексы окислительного присоединения (OA1–OA11), пригодные для граммового получения. Особенно выделяется комплекс OA3, демонстрирующий рекордную активность в реакции Бахвальда–Хартвига при мягких условиях — полная конверсия за 6 минут при комнатной температуре при загрузке катализатора всего 1 мол %. Комплексы показали эффективность в реакциях арилирования фенолов и спиртов, включая модификации природных соединений и лекарственных препаратов. Впервые продемонстрирована возможность эффективного арилирования фенолов с использованием фосфиновых лигандов на основе имидазола. Выявлены механистические особенности реакций методом DFT-моделирования, показана важная роль равновесия между открытой и закрытой формами интермедиатов, оказывающая влияние на стабильность и эффективность катализатора. Работа демонстрирует, что разумный дизайн лигандов с учётом электронной и конформационной гибкости способен существенно продвинуть разработку новых катализаторов, пригодных для синтеза сложных органических молекул. Результаты могут быть востребованы в прикладной химии и фармацевтической промышленности.

● Роман Будехин — инженер-исследователь, лаборатория химии промышленно полезных продуктов.
Тема: «Разработка селективных методов синтеза органических пероксидов для создания средств защиты растений и повышения урожайности в сельском хозяйстве».

Настоящее исследование направлено на разработку селективных и экономически эффективных методов синтеза различных классов органических пероксидов, обладающих потенциалом для использования в качестве средств защиты растений от фитопатогенных грибов. Разрабатываемые подходы обеспечивают возможность введения в молекулу исходного субстрата от одной до нескольких пероксидных групп, отличающихся по своей структуре и реакционной способности, что откроет принципиально новые возможности для разработки высокоэффективных фунгицидов с уникальным механизмом действия. Реализация результатов данного исследования может позволить снизить зависимость российского сельского хозяйства от импорта дорогостоящих фунгицидов, внося тем самым существенный вклад в обеспечение продовольственной безопасности Российской Федерации и укрепление ее экономического суверенитета. Кроме того, другим направлением настоящего исследования является изучение возможности использования органических пероксидов, синтезированных посредством реакции озонолиза, в качестве прекурсоров реакционноспособных алкоксильных радикалов. Обнаруженное взаимодействие между алициклическими гидропероксидами и дитиокарбаматами переходных металлов открывает новый синтетический путь на стыке химии органических пероксидов и никель-катализируемого образования связей C-S.

● Александр Устюжанин — инженер-исследователь, лаборатория исследования гомолитических реакций.
Тема: «Вовлечение CO₂ в электроорганический синтез: электрохимическое карбоксилирование кратных связей».

Проект направлен на поиск новых методов вовлечения диоксида углерода в электроорганический синтез, в частности классы соединений, содержащие кратные связи. Одни из таких классов являются енольные производные. С использованием электрического тока удалось вовлечь термодинамически стабильную молекулу диоксида углерода в реакцию гидрокарбоксилирования енол ацетатов с образованием β-ацетоксикарбоновых кислот. В отличие от кетонов и других енольных производных, электролиз енол ацетатов с CO₂ привел к высокорегиоселективному образованию β-ацетоксикарбоновых кислот, избегая получения диолов и α-оксикарбоновых кислот. Структурно разнообразные β-ацетоксикарбоновые кислоты были синтезированы с выходами 25-66% в условиях электролиза при постоянном токе в неразделенной электрохимической ячейке. Синтетическая привлекательность протокола была продемонстрирована путем преобразования полученной β-ацетоксикарбоновой кислоты в β-гидрокси и α,β-ненасыщенные карбоновые кислоты.

Экспертное участие

В работе форума в качестве экспертов также приняли участие:

● Алексей Павлович Глинушкин, академик РАН, д.с.н., главный научный сотрудник, лаборатория химии карбенов и других нестабильных молекул — эксперт секции «Агро-, био- и продовольственные технологии»

● Александр Сергеевич Будников, к.х.н., научный сотрудник, лаборатория исследования гомолитических реакций — эксперт секции «Химия и химические технологии»

Итоги

Среди множества сильных проектов второе место заняла Виктория Дмитриева! Поздравляем Викторию и всех участников с успешным выступлением и желаем дальнейших успехов в исследованиях!

Источник и фото: «Наука будущего — наука молодых».