Лаборатория металлокомплексных и наноразмерных катализаторов (№30)

• 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)
 

✓  При помощи жидкофазной сканирующей электронной микроскопии был обнаружен процесс структурной перестройки жидких реакционных сред под действием механических (ультразвуковых) волн, приводящий к изменению их физико-химических свойств. Обработка реакционной смеси, содержащей водорастворимую соль металла, воду и ионную жидкость ультрафиолетом при одновременном действии ультразвука позволила получить наночастицы золота и палладия без использования дополнительных реагентов. При этом проведение реакции в условиях непрерывной генерации механических волн приводило к существенному уменьшению размеров частиц по сравнению с аналогичным процессом без ультразвука. Это происходило за счёт смены режима протекания реакции и локализации реагентов в микро-каплях, что было также наглядно продемонстрировано с использованием метода электронной микроскопии.

✓  В современной химии существует распространенная практика считать безопасными соединения полученные из природных источников. Мы критически проанализировали этот подход, с учетом того, что каждая органическая молекула, содержащая функциональные группы, должна быть биологически активной. Таким образом, анализ «экологичности» или безопасности любого химического процесса должен учитывать биологическую активность всех его компонентов измеримым (а не эмпирическим) способом. Мы предлагаем способы введения токсичных профилей в качестве оценки общей токсичности химических реакций.

✓  Разработано каталитическое атомно-экономичное гидротиолирование циклопропилацетиленов. Используя комплекс Pd / NHC в качестве предшественника катализатора, было успешно реализовано региоселективное присоединение тиолов к циклопропилацетиленам, с образованием соединений с превосходной селективностью (до 99: 1) и высокими выходами (до 99%). Получение продуктов присоединения по правилу Марковникова при внедрении алкина по связи Pd–S подтверждено экспериментально. С помощью молекулярной динамики определены ключевые факторы внедрения алкина по связи Pd–S определяющие региоселективность этого процесса. Освоение Марковниковской и анти-Марковниковской селективности открывает широкие возможности для разработки избирательных путей функционализации.

✓  Важным элементом фундаментальных исследований, способствующих развитию химии, материаловедения и биологии, является поиск взаимосвязей между структурой и свойствами материи на различных уровнях организации. Химические превращения в условиях лабораторного синтеза, как и процессы в живых системах, преимущественно происходят в растворах, поэтому в последние годы всё больше усилий прилагается к изучению структуры и динамики жидкофазных систем. Огромную роль в этом играет электронная микроскопия, которую можно использовать для прямой визуализации химических систем и процессов с разрешением вплоть до атомарного. Сканирующая электронная микроскопия и (сканирующая) просвечивающая электронная микроскопия жидких образцов позволили совершить прорыв в химии наночастиц, катализе, электрохимии, исследованиях аккумуляторов и биохимии. В нашей работе мы обсуждаем основные приложения данной методики и рассматриваем наиболее яркие примеры исследований.

✓  Исследованы новые катализируемые палладием и медью реакции C-S кросс-сочетания с участием наноструктурированных частиц тиолятов никеля в качестве реагентов. Было показано, что применение данного подхода позволяет регулировать свойства используемых реагентов не только на молекулярном, но и на нанорамерном уровне.  Высокая степень упорядоченности, малый размер частиц и электронодонорные свойства заместителей в совокупности способствовали повышению эффективности процесса. В рамках исследования механизма данного превращения было осуществлено прямое наблюдение эволюции частиц реагента непосредственно в реакционной среде с помощью динамической жидкофазной электронной микроскопии. Ключевые интермедиаты в растворе были зафиксированы с помощью масс-спектрометрических измерений в режиме реального времени. Вместе полученные данные открывают новые возможности для дизайна органических химических превращений и механистических исследований.

✓  Поли (этилен-2,5-фурандикарбоксилат) (PEF), полученный из биомассы, был использован для 3D-печати. Напечатанные объекты из PEF демонстрируют более высокую химическую стойкость, чем объекты, напечатанные с использованием общедоступных материалов (акрилонитрилбутадиенстирола (ABS), полимолочной кислоты (PLA), полиэтилентерефталата, модифицированного гликолем) (PETG)). Изученный полимер PEF показал ключевые преимущества для 3D-печати: оптимальную адгезию, термопластичность, отсутствие расслоения и низкую термоусадку. Высокая термостойкость PEF и относительно низкая температура, необходимая для экструзии, оптимальны для переработки печатных объектов и минимизации отходов. Успешно показано несколько последовательных циклов 3D-печати и переработки.