МГУ–2014: Химический факультет

Юбилеи. Факультету исполнилось 85 лет – 28 ноября проведено торжественное заседание и традиционный Капустник, подготовленный студентами. С речами выступили ректор МГУ В.А. Садовничий и декан В.В. Лунин, которые рассказали о достижениях факультета.

Юбилейные мероприятия шли в течение всего года. К юбилею был приурочен пленум УМО по химии, на котором обсуждались проблемы прикладного бакалавриата и аспирантуры, в работе которого приняли участие представители более 60 университетов России. В ноябре проведена выставка инновационных проектов сотрудников факультета.

 

Новое в структуре. Создана кафедра медицинской химии и тонкого органического синтеза (приказ №646, 15.07.2014, зав. акад. РАН Н.С. Зефиров).

 

Общие сведения. В составе факультета 18 кафедр и 88 лабораторий. Работали 288 профессоров и преподавателей, 707 научных сотрудников, в их числе 213 докторов и 494 кандидата наук. Обучались 1066 студентов и 234 аспиранта (на 31 дек. 2014 г).

 

Наука. Работа велась по 5 приоритетным направлениям, включающим 22 госбюджетные темы НИР. Научные исследования поддерживались грантами: РФФИ (232), «Ведущие научные школы» (4), Министерства образования и науки (6), РНФ (19), Президента РФ для государственной поддержки молодых российских учёных (3). Подано 23 заявки на изобретения, выдано 44 патента, в т.ч. 1 зарубежный. Факультет ведёт международное научное сотрудничество с 72 университетами более чем 30 стран.

 

 

Технология синтеза карбамида, разработанная в 2008–2013 гг., доведена до стадии создания полупромышленной установки на производственной площадке пермских «Минеральных удобрений» ОАО «ОХК “УРАЛХИМ”», Сотрудниками лаборатории химической термодинамики под руководством проф. Г.Ф.Воронина создана физико-химическая модель процесса получения карбамида, разработано соответствующее программное обеспечение, проведены расчёты реактора, определены оптимальные условия проведения синтеза. Инжиниринговое сопровождение проекта осуществляет голландская компания Stamicarbon – ведущая мировая компания в области инжиниринга, строительства, разработки технологий, лицензирования, энергетики и создания совместных предприятий со специализацией на промышленном производстве углеводородов (нефтегазовый сектор, нефтехимия и производство удобрений), а также в энергетике и инфраструктурных проектах.

 

 

В 2006 г. на факультете была учреждена лаборатория фундаментальных исследований проблем получения алюминия (научн. рук. акад. РАН В.В. Лунин, зав. чл.-корр. РАН Е.В. Антипов) совместно с ОАО «Русский алюминий» (РУСАЛ, ген. директор О.В. Дерипаска). В 2013 г. РУСАЛ на основе многолетнего сотрудничества провёл успешные длительные испытания прототипа промышленного электролизера нового поколения. В 2014 г. проведены испытания макетного образца, по образу которого с 2015 г. будут строиться промышленные электролизеры для получения алюминия по принципиально новой экологически чистой и энергоэффективной технологии с инертным анодом.

 

 

Сотрудниками кафедры химии природных соединений (зав. чл.-корр. РАН О.А. Донцова) под руководством проф. П.В. Сергиева разработали новую методику скрининга новых антибиотиков. С использованием этой системы выделен и охарактеризован малоизученный антибиотик с ранее неизвестным механизмом действия – амикумацин. Амикумацин ингибировал синтез белка с константой полуингибирования примерно 0.45 мкМ. В штаммах, устойчивых к амикумацину, произошли мутации, приводящие к аминокислотным заменам G542V, Ins544V и G581A в факторе элонгации G (EF-G). Мутации в домене IV EF-G никогда не встречались среди мутаций устойчивости к другим антибиотикам. Оказалось, что амикумацин замедляет транслокацию, и этот эффект зависит от концентрации амикумацина. Работа выполнена в сотрудничестве с НИИ по изысканию новых антибиотиков имени Г.Ф.Гаузе, ПИЯФ, Университетом Иллинойса и Йельским университетом. В лаборатории Т.Стайтца (Йельский университет), с помощью рентгеноструктурного анализа определена структура комплекса амикумацина с рибосомой.

 

 

На кафедре радиохимии продолжается работа по изучению проявления структурных характеристик координационных соединений урана(VI) и лантанидов в их флуоресцентных свойствах и молекулярных фотофизических параметрах. Получены новые знания о взаимосвязи структурных и оптических характеристик координационных соединений урана(VI) и лантанидов: обнаружен эффект аннигиляции возбуждённых состояний комплексов урана(VI) при больших интенсивностях накачки; разработана методика определения парциальных концентраций комплексов урана(VI) в их смеси; установлены характеристики процесса сорбции европия(III) как химического аналога америция(III) на аморфных и кристаллических микрочастицах TiO₂.

 

 

Под руководством проф. А.А. Карякина разработаны биосенсоры на основе нового протокола иммобилизации ферментов из водно-органических смесей с высоким содержанием органического растворителя. Ключевой стадией создания биосенсоров является иммобилизация ферментов на поверхности различных чувствительных элементов. При этом простота создания ферментсодержащей мембраны обеспечивает необходимую воспроизводимость биосенсоров. Преимущество нового протокола – это создание водонерастворимой полимерной матрицы из оптимальной, то есть, неводной среды для обеспечения однородности и стабильности. Это требует экспонирование ферментов в водно-органические смеси с высоким содержанием органических растворителей на время иммобилизации. Получаемые мембраны обладают не только повышенной стабильностью, но и улучшенной активностью иммобилизованного фермента. Комбинация высокоэффективного электрокатализатора (на основе берлинской лазури) и нового протокола иммобилизации привела к созданию наиболее чувствительных и селективных биосенсоров на глюкозу, лактат, глютамат и др. Созданы новые медиаторные биосенсоры с диффузионно-подвижным медиатором, иммобилизованным в фермент-содержащую мембрану. Создан неинвазивный монитор гипоксии на основе проточного потосборника с интегрированным лактатным биосенсором.

Необходимо отметить так же работу коллектива лаборатории экобиокатализа кафедры химической энзимологии на тему «Биомасса микроводорослей представляет собой перспективный субстрат для получения разнообразных конечных продуктов при реализации “белой” и “зелёной” биотехнологий». Установлена возможность эффективного использования сточных вод разнообразнейшего состава для накопления биомассы микроводорослей, со скоростями аналогичными тем, что получаются при использовании стандартных питательных сред. Для целей получения ценного субстрата подобраны оптимальные условия культивирования разнообразных микроводорослей, показана возможность эффективного масштабирования данного процесса в размерах пилотной установки. Разработан эффективный способ криоиммобилизации клеток микроводорослей, который, с одной стороны, позволяет длительно сохранять культуру с высоким уровнем её жизнеспособности, а с другой стороны, получить стартовый биокатализатор, интенсифицирующий накопление биомассы и упрощающий дальнейший технологический процесс её трансформации. Опробованы различные способы дезинтеграции биомассы микроводорослей для получения субстрата максимально биодоступного для последующей конверсии в целевые продукты. Показано, что может быть получен максимальный выход восстанавливающих сахаров до 90%. Разработаны оригинальные биокатализаторы в виде иммобилизованных клеток микроорганизмов и биотехнологии их применения для трансформации предобработанной биомассы фототрофных микроорганизмов в биотоплива (водород, метан), органические растворители (бутанол, этанол, ацетон) и кислоты (молочную, фумаровую, янтарную, яблочную и аспарагиновую). Получен патент «Способ криоконсервации клеток фототрофных микроорганизмов» (Е.Н.Ефременко, О.В.Сенько, Т.А.Махлис, Ф.Т.Мамедова, А.В.Холстов, С.Д.Варфоломеев).

 

 

Сотрудниками кафедры общей химии (зав. проф. С.Ф. Дунаев) под руководством проф. Л.М. Кустова выполнена выдающаяся работа – «новый способ получения этилена», в рамках которой разработаны методы получения наноразмерных мембранных катализаторов на основе смешанных оксидных катализаторов окислительного дегидрирования этана в этилен на керамических мембранах. Конверсия этана, как основного компонента природного газа, в ценные продукты, в частности, этилен, представляет собой актуальную задачу. Разработанные ранее в ИОХ РАН нанесённые смешанные оксидные катализаторы для окислительного дегидрирования этана в этилен, на порядок превосходят лучшие из известных в литературе катализаторов, но имеют ограничения в использовании по взрывобезопасности. В парциальном окислении этана на мембранных системах достигается селективность около 98% при раздельной подаче этана и воздуха с двух сторон керамической мембраны при сохранении 10-кратного превосходства по производительности над известными катализаторами. По результатам работы подано 3 российских и 4 международных патента.

 

 

Сотрудниками факультета осуществлена разработка фундаментальных основ и практических приёмов получения тонкоплёночных сверхпроводящих и буферных оксидных покрытий путём химического осаждения из газовой фазы и растворов для технологии ВТСП-лент второго поколения, представляющих оксидные тонкоплёночные гетероструктуры со сложной архитектурой, в которой несколько буферных слоёв эпитаксиально наслаиваются друг на друга и создают темплейт для эпитаксиального роста ВТСП-слоя. С применением новых сверхпроводящих материалов – ВТСП-лент второго поколения связывают самые широкие перспективы создания сверхпроводниковой электроэнергетики, транспорта, медицинского и научного оборудования с недостижимыми традиционным образом рабочими характеристиками. Это возможно, если на каждом этапе многостадийной технологии будут применяться самые высокопроизводительные и наименее затратные методы осаждения эпитаксиальных плёнок. Большие перспективы снижения технологических затрат связаны с химическими методами нанесения оксидных покрытий: планаризующих слоёв на нетекстурированной металлической ленте-подложке (подход IBAD) и буферных слоёв, повторяющих текстуру подложки (подход RABiTS), промежуточных буферных слоёв, транслирующих текстуру к слою ВТСП, а также самого слоя ВТСП. Для первых из перечисленных стадий разработаны методы (условия, составы и технологические устройства) осаждения из неводных растворов комплексных соединений с последующей термообработкой. Для последующих стадий разработан (условия, составы и технологические устройства) высокотемпературный метод осаждения из паров бета-дикетонатов металлов (MOCVD). В частности: разработан способ получения из растворов планаризующих слоёв оксида иттрия на нетекстурированных лентах различных нержавеющих сплавов, что обеспечивает рекордно низкую шероховатость поверхности лент (≤1 нм) и возможность получения на ней текстурированных слоёв оксида магния методом напыления во вспомогательном ионном пучке (IBAD). Разработан способ получения остротекстурированных слоев La₂Zr₂O₇ и его структурных аналогов на подложках типа RABiTS, с помощью которого были получены ВТСП-ленты наиболее простой архитектуры и значениями критического тока до 160 А/см ширины. Изучена токонесущая способность эпитаксиальных слоёв ВТСП, полученных в выбранных стандартных условиях процесса MOCVD на промежуточных буферных слоях различного состава, морфологии и толщины. В результате были установлены значения перечисленных параметров и условия, при которых буферные слои создают надёжный темплейт для эпитаксии ВТСП. Начаты исследования по допированию слоёв ВТСП добавками, создающими несверхпроводящие включения, способствующие повышению устойчивости критического тока во внешнем магнитном поле. Созданные эпитаксиальные темплейты были использованы также для получения на них текстурированных плёнок кремния, перспективных для создания недорогих солнечных элементов с коэффициентом преобразования энергии, приближающимся к фотоэлементам на монокристаллическом кремнии. Эти исследования выполнены с широким применением методов рентгеновской и электронной дифракции, электронной микроскопии, атомно-силовой микроскопии, сканирования распределения величины критического тока по ширине (1,0–1,2 см) и длине (0,5–30 м) ВТСП-покрытий.

 

 

В 2014 г. на российский рынок вышел лекарственный препарат для ветеринарного применения Аргумистин®, разработанный коллективом лаборатории химии поверхности кафедры химии нефти и органического катализа (поддержан Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере и международной компанией Grand Harvest Research International Development Ltd). В его основе лежит новый активный компонент – наночастицы серебра, на поверхности которых нековалентно закреплены (а именно находятся в состоянии термодинамического равновесия с ПАВ из дисперсионной среды) молекулы антисептика – хлорида бензилдиметил[3-(миристоиламино)пропил]аммония (мирамистина). Аргумистин® представляет собой водную дисперсию, содержащую 10 или 50 мкг/мл коллоидного серебра и 100 мкг/мл мирамистина.

Известно, что препараты коллоидного серебра обладают высокой антибактериальной активностью и терапевтической эффективностью. Первая – сравнима с активностью солей за счёт наличия высокоразвитой поверхности, что способствует достаточно интенсивному высвобождению ионов серебра. Вторая – связана с пролонгированным антибактериальным действием частиц серебра. Ещё большей терапевтической эффективностью обладают композиции, содержащие наряду с коллоидным серебром антисептики широкого спектра действия. Испытания in vitro Аргумистин® показали, что наночастицы серебра и молекулы мирамистина при совместном применении взаимно усиливают действие друг друга – обладают мощным синергическим эффектом. Создание подобных комбинированных препаратов особенно важно для эффективной борьбы с инфекционными болезнями животных, вызываемых патогенами с множественной лекарственной устойчивостью. Другим неоспоримым преимуществом препарата является его мощное противовоспалительное и ранозаживляющее действие. Действительно, многочисленными исследованиями доказано, что наночастицы серебра селективно индуцируют апоптоз клеток очага воспаления и щадят клетки невоспалённых областей, в отличие от солей серебра, обладающих цитотоксическим действием на все клетки.

Аргумистин® прошёл все стадии доклинических и клинических испытаний на лабораторных и целевых животных. Препарат нетоксичен (4 класс опасности, LD50 > 150 мл/кг (мыши)), не обладает иммунотоксическими, канцерогенными, тератогенными и эмбриотоксическими свойствами. Он эффективен в лечении широкого спектра инфекционных заболеваний и поражений кожных покровов мелких домашних животных (энтериты, послеоперационные осложнения, ожоги, язвы, конъюнктивиты, гингивиты и др.), крупного рогатого скота (маститы, эндометриты и др.), цыплят-бройлеров (энтериты). В настоящее время регистрационное досье на препарат находится на завершающем этапе экспертизы в Федеральной службе по ветеринарному и фитосанитарному надзору МСХ РФ, а его государственная регистрация ожидается в первом квартале 2015 г.

 

 

Продолжается разработка нового биологически активного комплекса высокомолекулярного гепарина с аспарагиновой кислотой методами химической термодинамики, молекулярной динамики и коагуляционного анализа in vitrо на новой кафедре медицинской химии и тонкого органического синтеза (зав. акад. РАН Н.С.Зефиров). Цель этого проекта – увеличить активность высокомолекулярного гепарина (Na₄hep) разработкой нового высоко активного комплекса гепарина с аспарагиновой кислотой (H₂Asp). Методы исследования: математическое моделирование химических равновесий по данным pH-метрии в физиологическом растворе для разработки термодинамической модели равновесий, коагуляционный анализ на плазме крови лабораторных крыс in vitro для идентификации биохимических свойств комплекса, метод молекулярной динамики для определения конформационного ансамбля полимерного гепарина с аспарагиновой кислотой и Сa²⁺ ионами.

Термодинамическая модель равновесий рассчитана на основе математического моделирования химических равновесий в системе CaCl²- Na₄hep H₂Asp - H₂O – NaCl по компьютерной программе AUTOEQUIL по данным pH-метрии в физиологическом растворе (ионная сила I=0.15NaCl) при исходных концентрациях базовых компонент: H⁺, hep^4-, Asp^2-, Сa²⁺, NaCl. Полимерный гепарин представлен совокупностью мономерных звеньев. Модель идентифицировала доминирующий комплекс гепарина с аспарагиновой кислотой в области pH плазмы, HhepAsp^5- и наиболее устойчивый смешаннолигандный комплекс иона кальция Сa²⁺ с гепарином и аспарагиновой кислотой CaHhepAsp^3-. Антикоагулянтная и фибриндеполимеризационная активности разработанного комплекса HhepAsp^5- оценены по уменьшению равновесной концентрации иона Сa²⁺ (активатора неактивных факторов плазмы крови, как в первой фазе ферментативного каскада реакций, так и во второй фазе фибринолиза) вследствие образования с ним комплекса CaHhepAsp^3-. Комплекс HhepAsp^5- уменьшает равновесную концентрацию иона Сa^2- в 37 раз больше, чем ион Сa²⁺ с чистым гепарином.

Методы коагуляционного анализа in vitro применены к полученному биохимическим методом при pH=7 комплексу c эквимолярными исходными концентрациями компонентов: мономерного звена гепарина и аспарагиновой кислоты согласно термодинамической характеристике этого комплекса – его стехиометрии, рассчитанной по термодинамической модели. Применение методов коагуляционного анализа к экспериментам на плазме крови лабораторных крыс по тестам АЧТВ (активированное частичное тромбопластиновое время) и ТВ (тромбиновое время) и тесту фибрин деполимеризационной активности показало следующие результаты:

1) разработанный комплекс HhepAsp^5- демонстрирует деполимеризационный эффект в широкой области концентраций от 10^-5 до 10^-1М компоненты комплекса не обладают таким эффектом;

2) по тесту АЧТВ антикоагулянтный эффект комплекса является более значимым по сравнению с аналогичными эффектами его компонент: он проявляется в области концентраций от 10^-4 до 10^-1М, удлиняя время формирования фибринового сгустка в 1.6–3.0 раз, его компоненты проявляют антикоагулянтный эффект в более узкой области от 10^-3 до 10^-1М;

3) по тесту ТВ комплекс демонстрирует способность ингибировать активность тромбина в широкой области концентраций от 10^-6 до 10^-1М, удлиняя время формирования фибринового сгустка в 1.66–2.6 раз, его компоненты проявляют этот эффект при концентрациях 10^-2М и 10^-1М.

Комплекс демонстрирует in vitro сочетание двух активностей-антикоагулянтной и фибрин деполимеризационной, поэтому целесообразно проведение клинических испытаний для получения нового антикоагулянтного и фибрин деполимеризационного лекарства

Методом молекулярной динамики по Amber пакету программ биомолекулярного моделирования идентифицирован устойчивый конформационный ансамбль комплекса полимерного гепарина, состоящего из двух мономерных звеньев, с аспарагиновой кислотой и Сa²⁺ ионами. Конформация является димером смешаннолигандного комплекса Сa²⁺ иона с мономерным звеном гепарина и аспарагиновой кислотой, идентичного комплексу, идентифицированному термодинамической моделью.

 

 

На кафедре химической кинетики разработаны катализаторы прямого окисления сероводорода и меркаптанов в попутном газе. Конверсия и селективность окисления составляют >99,99%.

H₂S + 2RSH + O₂ = S + RSSR + 2H₂O (R= CH₃ - C₁₂H₂₅)

Технологии прямого окисления попутного нефтяного газа (ПНГ) на основе запатентованных катализаторов включают 1–2 стадии и обеспечивают:

– очистку сырья от H₂S и RSH;

– утилизацию H₂S и RSH в серу и дисульфиды соответственно.

Остаточное содержание SH может быть обеспечено вплоть до 1 ппм.

Технологии апробированы, опыт промышленной эксплуатации >3-х лет. Впервые предложен процесс доочистки «хвостовых» газов Клаусс-процесса. Технологии ориентированы на импортозамещение и дешевле процессов, предложенных компаниями UOP и Jacobs-Comprimo.

 

Учебная работа. При посредничестве лаборатории электронографии, поддерживающей тесные связи с научным фондом Барбары Мец-Штарк (г. Ульм, Германия) и имеющей договор о научном сотрудничестве с Университетом г. Ульм, модернизирован учебный компьютерный класс факультета.

 

Конференции. Организовано и проведено 14 конференций как всероссийского, так и международного масштаба. В работе международных зарубежных конференций участвовали 195 человек.

 

Доктора и кандидаты наук 2014 г. Сотрудниками факультета защищено 5 докторских и 13 кандидатских диссертаций. Докторские диссертации защитили: вед.н.с. кафедры коллоидной химии Задымова Наталья Михайловна («Жидкофазные дисперсные системы как основа микрогетерогенных полимерных матриц для трансдермальной доставки лекарств»); доц. кафедры химической технологии и новых материалов Клямкин Семён Нисонович («Неравновесные состояния и гистерезис сорбции-десорбции водорода в водородаккумулирующих материала»); доц. кафедры физической химии Пазюк Елена Александровна («Спектроскопические модели для лазерного синтеза и контроля ультрахолодных ансамблей димеров щелочных металлов»); вед.н.с. Аналитического центра Смоленков Александр Дмитриевич («Новые подходы к хроматографическому определению гидразинов и их производных в объектах окружающей среды»); н.с. кафедры химии нефти и органического катализа Фёдоров Юрий Викторович («Фотоактивные супрамолекулярные системы на основе краунсодержащих моно- и бисстириловых красителей»).

Кандидатские диссертации защитили: мл.н.с. кафедры физической химии Апенова Марина Георгиевна («Региоселективная функционализация C_s- и C₂-p⁷-C₇₀(CF₃)₈: ориентирующее влияние трифторметильных аддендов»); мл.н.с. кафедры химии природных соединений Буренина Ольга Юрьевна («Малые некодирующие 6S-1 и 6S-2 РНК из Bacillussubtilis: сравнительный анализ свойств и функций»); мл.н.с. кафедры лазерной химии Буряк Илья Алексеевич («Спектроскопические проявления слабых межмолекулярных взаимодействий в атмосферных газах»); н.с. кафедры химической энзимологии Голубев Игорь Владимирович («Структурно-функциональные исследования дрожжевой оксидазы D-аминокислот методом рационального дизайна»); мл.н.с. кафедры физической химии Грищенко Роман Олегович («Термодинамические свойства кристаллических фаз, образующихся при получении глинозема методом Байера»); ст.н.с. кафедры физической химии Егоров Александр Владимирович («Просвечивающая электронная микроскопия в комплексном исследовании наноструктурированных углеродных материалов»); мл.н.с. кафедры высокомолекулярных соединений Заборова Ольга Владимировна («Комплексы катионных полимерных микросфер с отрицательно заряженными липосомами: формирование, строение и свойства»); н.с. кафедры химии природных соединений Малявко Александр Николаевич («Регуляция длины теломер дрожжей Hansenula polymorpha»); специалист кафедры химической технологии и новых материалов Раскина Мария Владимировна («Катион-дефицитные соединения со структурой шеелита и их свойства»); мл.н.с. кафедры аналитической химии Ставрианиди Андрей Николаевич («Новые подходы к обнаружению физиологически активных компонентов женьшеня методом высокоэффективной жидкостной хромато-масс-спектрометрии»); мл.н.с. кафедры аналитической химии Фигуровская Валентина Николаевна («Пиридиновые азосоединения как реагенты на платину»); мл.н.с. кафедры аналитической химии Чепелянский Дмитрий Александрович («Новые подходы к анализу смесей летучих и среднелетучих органических соединений методами ГХ и ГХ/МС, основанные на использовании хромадистилляции»); н.с. кафедры органической химии Шляхтин Андрей Владимирович («Влияние среды на реакционнубю способность мономеров в синтезе полилактидов и сполимеров акрилонитрила»).

 

Персоналии. Премией им. В.А.Каргина награждён проф. А.Б.Зезин за работу «Исследование межмолекулярных взаимодействий, установление закономерностей формирования интерполимерных комплексов и их практическое применение».

Сотрудники факультета получили 9 премий различных организаций, включая международные премии.

 

Публикации. Опубликовано 1317 статей, 988 тезисов докладов, 6 монографий, 36 учебников и учебных пособий.