Тематика 1

Изучение кинетики и синтез самоорганизованных полимерных объектов

Цель нашей работы — выявление общих закономерностей и формирование принципов создания полимеров и сложных макромолекулярных систем. Создание новых полимерных материалов невозможно без глубокого понимания механизмов самоорганизации полимерного вещества.

Мы используем разносторонние подходы к изучению полимерных систем. Синтез наших объектов исследования позволяет не только получить искомое вещество для изучения его функциональных свойств, но и сам по себе является инструментом исследования особенностей самоорганизации. В большинстве случаев мы применяем классическую свободно-радикальную полимеризацию мицеллообразующих мономеров. Формирование мономером самоорганизованных структур, например, мицелл в растворе способствует проведению полимеризации и отличает такие синтезы от классического варианта свободно-радикальной полимеризации, описанного в большинстве учебников по химии ВМС. Трансформация типичных мицеллообразующих мономеров в полимер происходит с количественным выходом за времена, исчисляемые минутами. Более того, такие процессы зачастую не требуют тщательной дегазации раствора и могут быть легко реализованы в открытых реакторах произвольного объёма. Выбор мицеллярной полимеризации для синтеза гребнеобразных макромолекул является неоспоримым плюсом нашего подхода и создаёт предпосылки для сравнительно лёгкого масштабирования полимеризации на полупромышленные загрузки. Для изучения кинетики полимеризации мы используем разнообразные in-situ эксперименты — относительно лёгкие в лабораторном исполнении кондуктометрические и фотометрические измерения, а также эксперименты на площадках ресурсных центров СПбГУ (МАЛДИ-масс спектроскопия, ЯМР-кинетика [1, 2], фотонно-корреляционная спектроскопия во время полимеризации). Для получения макромолекул со сложной архитектурой (блок-сополимеры, звездообразные и т.д.), а также для синтеза узкодисперсных образцов нами применяются методы контролируемой свободно-радикальной полимеризации по механизму RAFT. В 2021 году был налажен контакт с группой проф. Костюка С.Б. из республики Беларусь, которые являются признанными в мире специалистами в области контролируемой катионной полимеризации (совместный проект РФФИ и БРФФИ).

Таким образом, мы можем смело утверждать: «Полимерами занимаются многие, а мы умеем правильно их готовить!»

1. I.M. Zorin, T.M. Shcherbinina, E.I. Demidov, E. V. Mechtaeva, N.A. Zorina, P.A. Fetin, A.Y. Bilibin, Polyelectrolyte-colloid complex formation via polymerization: reaction kinetics in direct micelles, inverted micelles, and homogeneous solution studied by NMR and conductometry, Colloid Polym. Sci. 297 (2019) 1169–1176. doi:10.1007/s00396-019-04531-4.
2. I.M. Zorin, E.P. Podolskaya, A.Y. Bilibin, On the kinetics of micellar polymerization. Acryloylaminoalkanoates case study, Eur. Polym. J. 110 (2019) 355–363. doi:10.1016/j.eurpolymj.2018.11.045.

Рекламный плакат

Тематика 2

Слабые невалентные взаимодействия в полимерных системах — путь к получению функциональных материалов

Большая часть полученных в нашей лаборатории полимерных объектов анализируется нашими силами с привлечением мощностей ресурсных центров СПбГУ и собственной приборной базы кафедры ВМС. Мы стараемся выявить ключевые факторы, играющие главную роль в формировании надмолекулярных упорядоченных структур полимерного состояния вещества [1, 2]. Для этого мы осуществляем молекулярный дизайн гребнеобразных полиэлектролитов и их комплексов с противоположно-заряженными веществами (низкомолекулярной и полимерной природы) [3]. Такие объекты могут быть использованы в разработке систем доставки лекарственных средств, создании мембран для ионоселективных электродов, а также для разделения жидкостей и газов.

1. P.A. Fetin, I.M. Zorin, E. V. Mechtaeva, D.A. Voeiko, N.A. Zorina, D.A. Gavrilova, A.Y. Bilibin, Formation of the structure of interpolyelectrolyte complex in solid state: Role of comb-like amphiphilic polyelectrolyte, Eur. Polym. J. 116 (2019) 562–569. doi:10.1016/j.eurpolymj.2019.04.052.
2. P.A. Fetin, O.N. Brevnov, M. V Kadnikov, V.I. Fetina, A.Y. Bilibin, I.M. Zorin, From comb-like polyelectrolytes to polyelectrolyte-surfactant complexes : Effect of the length of the aliphatic tail of the counterions on self-organization in solid state, Eur. Polym. J. 152 (2021) 110468. doi:10.1016/j.eurpolymj.2021.110468.
3. E. V. Mechtaeva, I.M. Zorin, D.A. Gavrilova, P.A. Fetin, N.A. Zorina, A.Y. Bilibin, Polyelectrolyte complexes of polyacrylic acid with oligovalent organic counterions, J. Mol. Liq. 293 (2019) 111418. doi:10.1016/j.molliq.2019.111418.

Тематика 3

Применения полученных соединений или «а для чего это всё»?

Одним из главных свойств поверхностно-активных веществ (ПАВ) является способность к солюбилизации. С этим эффектом сталкивался каждый, например, при мытьё рук с мылом. В нашей группе мы получаем различные полимерные ПАВ, имеющие архитектуру гребнеобразных полиэлектролитов. Эти полимерные вещества обладают неоспоримыми преимуществами в сравнении с низкомолекулярными соединениями. Они обладают большой солюбилизационной ёмкостью и способствуют растворению в воде малополярных веществ даже при крайне низких концентрациях полимера. Одна макромолекула по сути сама для себя является мицеллой. Такие самоорганизованные объекты могут найти применение в различных областях. Одно из направлений нашей работы связано с поиском оптимальных структурных параметров гребнеобразных полиэлектролитов для разработки мицеллярных катализаторов. Мицеллярный катализ — это явление ускорения химической реакции по механизму локального концентрирования субстрата и реагента. Для осуществления химической реакции: А+B ⇒ (продукты) необходимо, чтобы участники реакции «эффективно встретились друг с другом». Ускорение химической реакции в присутствии мицелл достигается не только за счёт изменения реакционной способности субстрата (А) и реагента (В), но и за счёт принудительного концентрирования веществ в мицеллярной фазе по механизму ионного притяжения и солюбилизации. Разработка подобных каталитических систем позволит использовать воду для проведения многих органических реакций, что полностью соответствует концепции «Зелёной химии».

Гребнеобразные полимерные каталитические системы можно рассматривать как синтетические аналоги ферментов. Поверхностно-активные желчные кислоты в нашем организме также являются мицеллярными катализаторами в процессе пищеварения. Считая, что жизнь на Земле зародилась в воде, можно предполагать, что мицеллярный катализ мог этому способствовать. Наши гребнеобразные полиэлектролиты проявили значительный ускоряющий эффект при щелочном гидролизе токсичных органофосфатов в мягких условиях. Такие соединения могут быть рекомендованы для разработки рецептур по дезактивации боевых и сельскохозяйственных фосфорорганических отравляющих веществ [1].

Способность исследуемых объектов к образованию упорядоченных структур в растворе и конденсированной фазе, а также к структурно-чувствительному ионному обмену позволяет рассматривать их как материалы-ионофоры для селективных электродов.

Полимерная структура ионофора обеспечивает стабильность состава ион-селективной мембраны, ограничивает его диффузию в мембране электрода, это приводит к тому, что разработанные в нашей группе электроды более удобны в использовании, они обладают продолжительным сроком службы [2] в сравнении с низкомолекулярными аналогами. Накопленный в научной группе опыт по синтезу и изучению ассоциированных полимерных веществ позволяет направленно получать полимеры требуемой химической и надмолекулярной структуры и тестировать возможность их применения в создании селективных электродов. Разработка новых материалов для сенсорных устройств на основе селективных электродов для органических молекул, обладающих быстрым откликом, продолжительным сроком службы, а также низким порогом детектирования являются одним из современных вызовов, стоящих перед исследователями 21 века. Эти сенсорные системы могут найти применение для конструирования относительно простых в обслуживании и эффективных в анализе проточных аналитических систем. Альтернативные методы решения этой задачи основаны на дорогостоящих и наукоёмких методах (высокоэффективная жидкостная хроматография, МАСС-спектроскопия и т.д.). Завышение концентрации поверхностно-активных веществ (и других органических солей) в сточных водах предприятий и городов губительно для окружающей среды, поэтому разработка устройств, способных селективно определять их концентрацию в водной среде, является актуальной и необходимой.

1. T.N. Pashirova, P.A. Fetin, M.V. Kadnikov, F.G. Valeeva, E.A. Burilova, A.Y. Bilibin, I.M. Zorin, Self-Assembled Quaternary Ammonium-Containing Comb- Like Polyelectrolytes for the Hydrolysis of Organophosphorous Esters: Effect of Head Groups and Counter-Ions, Chempluschem. 85 (2020) 1939–1948. doi:10.1002/cplu.202000417 1.
2. I. Zorin, T. Scherbinina, P. Fetin, I. Makarov, A. Bilibin, Novel surfactant-selective membrane electrode based on polyelectrolyte – surfactant complex, Talanta. 130 (2014) 177–181. doi:10.1016/j.talanta.2014.06.061.

Публикации

Последние публикации научной группы

2023 год

1. The dumbbell-like polyionic complexes of dendronized poly(ethylene glycol): synthesis and self-assembly studies / S.Khatuntsev; A.Fanova; P.Fetin; L. Kaberov; N.Girbasova; A.Lezov; I.Zorin; A.Bilibin // Polymer Chemistry -2023
   Polym. Chem. , 2023, 14, 708-719. DOI: 10.1039/d2py01299e IF = 5.364 (Q1)
2. Conformational Parameters and Hydrodynamic Behavior of Poly(2- Methyl-2-Oxazoline) in a Broad Molar Mass Range / A. S. Gubarev, A. A. Lezov, A. N. Podsevalnikova, N. G. Mikusheva, P. A. Fetin, I. M. Zorin, V. O. Aseyev, O. Sedlacek, R. Hoogenboom, N. V. Tsvetkov // Polymers 2023, 15(3), 623. DOI: 10.3390/polym15030623 IF = 4.967 (Q1)

2022 год

1. Polymerization of Micelle-Forming Monomers / I.M. Zorin, N.A. Zorina, P.A. Fetin. // Polymer Science - Series C. -2022, Vol. 64, No. 2, pp. 123–134. DOI: 10.1134/S1811238222700060 IF = 2.2
2. Comb-Like Polyelectrolytes with Quinolinium and Trimethylammonium Cations in Micellar Catalysis / P.A. Fetin, V.I. Fetina, M.V. Kadnikov, A.A. Lezov, I.M. Zorin. // Polymer Science - Series C. 2022, Vol. 64, No. 2, pp. 144–153. Doi: 10.1134/S1811238222700163 IF = 2.2
3. Complexes of Oligoethyleneimines with Polyacrylic Acid of Various Molecular Masses in Solutions / V.I. Fetina, A.A. Lezov, P.A. Fetin, A.S. Gubarev, A.A. Lezova, V.B. Rogozhin, I.M. Zorin, N.V. Tsvetkov // Nanobiotechnology Reports. – 2022. –V.17. – № 3. –P. 389 – 395. DOI: 10.1134/S2635167622030041 IF = 0.7
4. Comb-like polyelectrolytes – New surfactants with controlled solubilization capacity / P.A. Fetin, A.A. Lezov, V.I. Fetina, M.V. Kadnikov, N.V. Tsvetkov, I.M. Zorin // Journal of Molecular Liquids. – 2022. – V.357. – Art.№ 119085. DOI: 10.1016/j.molliq.2022.119085 IF = 6.663 (Q1)

2021 год

1. From comb-like polyelectrolytes to polyelectrolyte-surfactant complexes: Effect of the length of the aliphatic tail of the counterions on self-organization in solid state / P.A. Fetin, O.N. Brevnov , M.V. Kadnikov, V.I. Fetina, A. Yu. Bilibin, I.M. Zorin // European Polymer Journal 152 (2021) 110468 DOI: 10.1016/j.eurpolymj.2021.110468 IF = 3.862 (Q1)

Избранные публикации прошлых лет

• Tsvetkov N.V. Formation of interpolyelectrolyte complexes with controlled hydrodynamic radii in solutions / N.V., P.A. Fetin, A.A. Lezov, A.S. Gubarev, A.A. Lezova, I.M. Zorin, A.Yu. Bilibin // Colloid and polymer Science. – 2018. – Т. 296. – № 2. – P.285-293.
• Bilibin, A.Y., Shcherbinina, T.M., Girbasova, N.V., Lebedev, V.T., Kulvelis, Y.V., Molchanov, V.S., Zorin, I.M. Colloidal properties of polymerizable counterion surfmers solutions based on alkylamino 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonates in different solvents // Designed Monomers and Polymers, 2016, V. 19, P. 369-380.
• Salmani, H., Zorin, I.M., Akentiev, A.V., Bilibin, A.Y. Effect of preparation conditions on properties of polylactide and polystyrene and their composite microparticles made by emulsion solvent evaporation method // Polymer Science, 2016, Series A, V. 58, P. 744-753.
• Tsvetkov, N.V., Mikhailova, M.E., Mikusheva, N.G., Lezov, A.A., Gubarev, A.S., Lebedeva, E.V., Perevyazko, I., Zorin, I.M., Bilibin, A.Y. Molecular and conformational properties of comb-like polymers with ionically bound side chains studied in organic solvent // International Journal of Polymer Analysis and Characterization, 2017, V. 22, P. 27-34.
• A.Yu. Bilibin, T.M. Scherbinina, Ju.A. Kondratenko, N.A. Zorina, I.M. Zorin Micellar polymerization of alkylammonium 2-acrylamido-2-methylpropane the sulfonates in solvents of different polarity and properties of resulting polyelectrolytesurfactant complexes // Colloid Polym. Sci. 293, 2015, p.215–1225.

Новости

Поздравляем студентов научной группы Матвея Кадникова и Александру Солунину с успешной зашитой выпускных работ магистратуры и бакалавриата! Оценки отлично! Ждём вас в аспирантуре и магистратуре!

Поздравляем студентов первого курса ХФММ Андрея, Катю и Марию с успешной зашитой курсовых работ по неорганическому материаловедению. С радостью ждём вам в научной группе в 2023/24 году!

Поздравляем студента магистратуры Матвея Кадникова с успешным выступлением на конференции Ломоносов 2023. Доклад Матвея «Полимерные мицеллярные катализаторы, модифицированные мПЭГ, для проведения органических реакций в воде» признан лучшим в своей секции. lomonosov2023.chem.msu.ru/vms/

Поздравляем аспирантку Е. В. Мечтаеву и соавторов с публикацией в Journal of Molecular Liquids!

Поздравляем студента 3 курса ХФММ Матвея Кадникова с успешной защитой курсовой работы по физической химии на тему: «Исследование гребнеобразных полиэлектролитов для целей мицеллярного катализа».

Поздравляем м.н.с. к.х.н. Петра Фетина с присвоением награды Лучший преподаватель практикума — 2019.

Студентам

Мы ждём вас для продуктивной работы!

Области научных интересов нашей группы позволяют выполнять не только ВКР (бакалавриата, магистратуры, аспирантуры) по химии высокомолекулярных соединений, но и курсовых работы в других областях химии.

У нас есть опыт выполнения курсовой работы по неорганической химии и неорганическому материаловедению (1 курс), физической химии (2 курс), органической химии (3 курс). Наша научная группа — открытая система.

В 2023/24 учебном году мы имеем поддержку гранта РНФ:

• проект № 21-73-10132 «Макромолекулярные катализаторы на основе самоорганизующихся гребнеобразных полимеров»,

а так же международным проектом РФФИ 20-53-04017 бел_мол_а. Синтез поверхностно-активных мономеров и полиэлектролитов заданного строения для задач «зелёной химии».

Мы можем помочь вам сделать первые шаги в науке!

Обращаться в каб. 4217 Института химии (в любое удобное время):

А также удалённо

• p.fetin@spbu.ru (vk.com/id18944039)
• i.zorin@spbu.ru