РУС ENG
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Российская Академия Наук

Лаборатория металлокомплексных и наноразмерных катализаторов (№30)

академик РАН Анаников Валентин Павлович
Заведующий: академик РАН Анаников Валентин Павлович
Telegram-канал:

https://t.me/AnanikovLab

ORCID: 0000-0002-6447-557X h-index = 73, >20000 цитирований (Google Scholar) h-index = 65, >15000 цитирований (Web of Science) h-index = 65, >16000 цитирований (Scopus)
Основные направления исследований
  • Катализ
  • Органический синтез
  • Молекулярная сложность и трансформации
  • Иолиомика
  • Моделирование и теоретические исследования химических процессов
  • Углеродный баланс и углерод-нейтральные технологии в современных исследованиях и разработках
  • Изучение токсичности и биологической активности каталитических систем
  • Применение искусственного интеллекта в химических исследованиях

 

Годовые отчеты лаборатории

 

Годовой отчет за 2022 год: загрузить файл (pdf)

Годовой отчет за 2023 год: загрузить файл (pdf)

 

Лучшие результаты

✓  Предложен подход к пространственно-локализованной характеристике нанесенных катализаторов в ходе реакции. Он состоит из применения комбинаций нескольких типов электронной микроскопии для визуализации частиц от массивов поверхностных наночастиц до отдельных наночастиц и отдельных атомов. Изучение эволюции конкретных частиц металлического катализатора на разных масштабах с течением времени для каталитической реакции кросс-сочетания позволило приблизиться к концепции 4D-катализа – отслеживания положений каталитических центров в пространстве (3D) и во времени (+1D). Динамическое поведение отдельных атомов и наночастиц палладия в реакциях кросс-сочетания задетектировано с атомарным разрешением за счет точной локализации каталитических центров. Одиночные атомы палладия под действием каталитической системы вымываются из носителя в раствор, где проявляют чрезвычайно высокую каталитическую активность по сравнению с оставшимися поверхностными наночастицами металла. Одноатомые центры, составляющие лишь около 1% палладия в системе Pd/C, обеспечивают более 99% каталитической активности. Оставшиеся наночастицы палладия меняют свою форму и могут перемещаться по поверхности подложки, что было зафиксировано путем обработки изображений массива наночастиц нейронной сетью.

DOI: 10.1021/jacs.3c00645

 

✓   В рамках совместного российско-германского проекта было показано, что простейшие соли никеля в присутствии фотоактивной добавки и при облучении видимым светом формируют динамическую каталитическую систему, подстраивающуюся под конкретный субстрат. Универсальность предложенного подхода была продемонстрирована на примере реакций кросс-сочетания, сопровождающихся образованием 9 различных типов связи. Получено и охарактеризовано более 270 продуктов реакций, среди которых предшественники лекарственных средств, биомолекулы и пестициды.

DOI: 10.1038/s41586-023-06087-4

 

✓  Интерпретация масс-спектров высокого разрешения (МСВР) сложных смесей, таких как природные образцы или реакционные смеси, представляет собой трудоемкую задачу из-за большого объема регистрируемых данных и высокой чувствительности метода. В работе описан способ автоматического анализа масс-спектров, состоящий из 2 этапов: выделение отдельных изотопных распределений при помощи классических алгоритмов машинного обучения и их интерпретация при помощи рекуррентных нейронных сетей. В итоге оказалось возможным автоматически выделять отдельные вещества в спектре, а для многих ионов и устанавливать их элементный состав. Разработанные алгоритмы оформлены в виде Python-пакета, который содержит функции для автоматической обработки масс-спектрометрических данных.

DOI: 10.1021/jacs.2c03631

 

✓  Гомогенный катализ обычно считается «четко определенным» с точки зрения однозначности структуры катализатора. С другой стороны, гетерогенный нанокатализ часто попадает в область «плохо определенных» систем. Нанесенные катализаторы трудно охарактеризовать из-за их неоднородности, разнообразия морфологии и большого количества наночастиц. Кроме того, доля металлических наночастиц, исследованных на носителе методами электронной микроскопии, очень мала по сравнению с используемым количеством наночастиц в катализе конкретной реакции. Для решения этих задач мы исследовали отдельные частицы нанесенного катализатора. Комбинирование манипулированием с изоляцией отдельных частиц катализатора внутри электронного микроскопа с нейросетевым анализом данных выявило важные аспекты активности катализаторов Pd/C. Предложенный подход позволил зарегистрировать беспрецедентное значение числа оборотов катализатора в 109. В настоящем исследовании предлагается концепция полностью определенного катализатора, которая имеет огромный потенциал для механистических исследований и разработки высокоэффективных катализаторов.

DOI: 10.1021/jacs.2c01283

✓   Описан первым пример межмолекулярной реакции тиол-ин-ен сочетания в которой синхронно происходит образование связей углерод-сера и углерод-углерод (рисунок 1). Использование фотокаталитической системы на основе Эозина Y не содержащей металла подавляет перенос атома водорода (HAT) и ассоциативную ап-конверсию восстановителя. Кроме этого исследование механизма реакции путем сочетания онлайн масс-спектрометрии, спектроскопии ЭПР, мечения изотопов, определения квантового выхода, циклической вольтамперометрии, измерений Штерна-Фольмера и компьютерного моделирования, позволило выявить уникальный фотоокислительно-восстановительный цикл с четырьмя стадиями с участием радикалов. В результате были получены недоступные ранее продукты сочетания с хорошими выходами и высокой селективностью. Такие соединения могут служить стабильными предшественниками для синтеза синтетически востребованных активированных 1,3-диенов.

DOI: 10.1002/anie.202116888

✓   Разработана новая стратегия синтеза различных солей имидазолия и имидазолиния, в одну стадию посредством каскадных реакций легкодоступных 1,4-диаза-1,3-бутадиенов с триалкилортоформиатами и гетероатомными нуклеофилами, масштабируемой до граммовых количеств. Такая универсальность достигается за счет беспрецедентной нуклеофильной/электрофильной модальности диазабутадиенового каркаса, что делает возможной одновременную циклоконденсацию с ортоформиатом и установку нуклеофильных функциональных групп на С4(5) имидазольного кольца или атом углерода метильной группы. Такой подход открывает одноэтапный доступ к сложным гетероциклическим молекулам, которые ранее потенциально могли быть доступны только с помощью многостадийных реакций. Работа попала на обложку журнала Angew. Chem. Int. Ed.

DOI: 10.1002/anie.202116131

✓   Показано, что в реакции трансферного гидрирования алкинов на основе комплексов палладия с N-гетероциклическими карбеновыми лигандами (NHC) реализуется смешанный гомогенно-гетерогенный тип катализа. В реакционной смеси образуются наноразмерные соединения — «скрытый» компонент каталитической системы. Поверхность образованных палладиевых наночастиц модифицированна NHC лигандами, влияющими на их каталитические свойства. Сравнительное молекулярное моделирование реакции гидрирования на безлигандных и NHC-модифицированных кластерах палладия показало, что NHC способствуют увеличению каталитической активности за счет снижения потенциальных барьеров стадий син-присоединения и восстановительного элиминирования. Обнаружено, что наличие NHC лигандов, связанных с поверхностью наночастиц, приводит к изменению лимитирующей стадии реакции. Предложен комбинированный механизм гидрирования, согласно которому окислительное присоединение протекает на голой поверхности металла, тогда как остальные две стадии идут на модифицированном участке наночастицы.

DOI: 10.1021/acscatal.2c01749

Избранные публикации последних лет
Новости института
ИОХ РАН – 90 лет! ИОХ РАН – 90 лет!
23 февраля Институт органической химии имени Н. Д. Зелинского РАН отмечает свое 90-летие. На протяжении всего этого времени Институт является ведущим научным…
Студент лаборатории азотсодержащих соединений ИОХ РАН победил в Студенческом межвузовском конкурсе-конференции, посвященной 190-летию со дня рождения Д.И. Менделеева Студент лаборатории азотсодержащих соединений ИОХ РАН победил в Студенческом межвузовском конкурсе-конференции, посвященной 190-летию со дня рождения Д.И. Менделеева
Конкурс проходил с 11 по 14 февраля 2024 года в Национальном исследовательском университете «Высшая школа экономики». К участию приглашались студенты…
Учеными ИОХ РАН разработан удобный метод сборки насыщенных N-гетероциклических каркасов Учеными ИОХ РАН разработан удобный метод сборки насыщенных N-гетероциклических каркасов
Пирролизидин относится к числу насыщенных N-гетероциклических каркасов, часто встречающихся в природных соединениях и биоактивных веществах. Производные…
Сотрудник ИОХ РАН выступил с докладом на Форуме национальных достижений Сотрудник ИОХ РАН выступил с докладом на Форуме национальных достижений
17 февраля на ВДНХ состоялся Форум национальных достижений в рамках работы Международной выставки-форума «Россия». Со своим докладом «Экологично и просто:…
Преобразование химического мира: эффективный и селективный синтез на свету. Ученые ИОХ РАН предложили новую методологию эффективного и селективного формирования химических связей Преобразование химического мира: эффективный и селективный синтез на свету. Ученые ИОХ РАН предложили новую методологию эффективного и селективного формирования химических связей
Ученые Лаборатории металлокомплексных и наноразмерных катализаторов ИОХ РАН представили универсальный фотокаталитический процесс. Он значительно повышает…
«Если мы не можем что-то победить, можно попробовать использовать это в благих целях»: интервью с Бухтияровым Андреем Валерьевичем, к.х.н, заведующим отделом синхротронных исследований ЦКП «СКИФ» «Если мы не можем что-то победить, можно попробовать использовать это в благих целях»: интервью с Бухтияровым Андреем Валерьевичем, к.х.н, заведующим отделом синхротронных исследований ЦКП «СКИФ»
В ИОХ РАН состоялся доклад Андрея Валерьевича Бухтиярова – «Трансформация активных центров в биметаллических катализаторах под воздействием реакционной…

Лаборатория металлокомплексных и наноразмерных катализаторов (№30) Telegram-канал:

https://t.me/AnanikovLab

ORCID: 0000-0002-6447-557X h-index = 73, >20000 цитирований (Google Scholar) h-index = 65, >15000 цитирований (Web of Science) h-index = 65, >16000 цитирований (Scopus)
ST LUCE https://aid.ioc.ac.ru/ 5 100 .00 RUB http://schema.org/InStock