Печать
Просмотров: 20209

Научная группа доцента И.М. Зорина

Обновлено Опубликовано в Научные группы

Научная группа кафедры химии высокомолекулярных соединений

Молекулярный дизайн и синтез самоупорядочивающихся полимерных систем

Состав группы

Руководитель

  • Зорин Иван Михайлович, д.х.н., доцент

Состав группы 2020/21 годы

  • Фетин П.А., к.х.н.
  • Макаров И.А.
  • Бревнов О.Н.
  • Фетина В.И.
  • Кадников М.В.

Научное сотрудничество

Коллектив научной группы регулярно участвует в международных и всероссийских конференциях.

С 1998 г. в нашей научной группе выполнено 33 ВКР, защищено 7 кандидатских диссертаций. Выпускники группы работают в СПбГУ, ИВС РАН, ВНИИСК им С.В. Лебедева, Институте Цитологии РАН, Институте макромолекулярных соединений Чешской АН, на профильных предприятиях.

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.

zorin rg 01

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.

zorin rg 02

  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».

zorin rg 03

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.

zorin rg 04

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

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 = 4.166 (Q1)

2020 год

  1. Impact of counterions on micelle formation and polymerization of 11-acryloyloxyundecyltrimethylammonium surfactants / P.A.Fetin, I.M.Zorin, A.A.Lezov, V.I. Fetina, A.Yu Bilibin // Journal of Molecular Liquids. -2020. - V.309. -P.113103. DOI: 10.1016/j.molliq.2020.113103 IF = 5.065 (Q1)
  2. Self Assembled Quaternary Ammonium Containing Comb-Like Polyelectrolytes for the Hydrolysis of Organophosphorous Esters: Effect of Head Groups and Counter-Ions / T.N. Pashirova, P.A. Fetin, M.V. Kadnikov, F.G. Valeeva, E.A. Burilova, A. Yu. Bilibin, I.M. Zorin // ChemPlusChem. -2020, -V.85, -P. 1939–1948 DOI : 10.1002/cplu.202000417 IF = 2.753 (Q1)
  3. Surface active monomers: from micellar solution properties to molecular characteristics / A. A. Lezov, P. A. Fetin, A. S. Gubarev, A. A. Lezova, O. S. Vezo, A. S. Senchukova, M. E. Mikhailova, N. G. Mikusheva, I. M. Zorin, N. V. Tsvetkov // Journal of Polymer Research. -2020 –V. 27. –P. 384 DOI: 10.1007/s10965-020-02357-1 IF=2.426 (Q2)

2019 год

  1. Formation of the structure of interpolyelectrolyte complex in solid state: Role of comb-like amphiphilic polyelectrolyte / P.A.Fetin, I.M.Zorin, E.V.Mechtaeva, D.A.Voeiko, N.A.Zorina, D.A.Gavrilova, A.Yu.Bilibin // European Polymer Journal. – 2019. - V.116. - P.562-569. DOI = 10.1016/j.eurpolymj.2019.04.052 IF = 4.166 (Q1)
  2. On the kinetics of micellar polymerization. Acryloylaminoalkanoates case study / I.M. Zorin, E.P. Podolskaya, A.Y. Bilibin. // European Polymer Journal. – 2019. –V. 110. – P. 355-363. DOI = 10.1016/j.eurpolymj.2018.11.045 IF = 4.166 (Q1)
  3. Polyelectrolyte-colloid complex formation via polymerization: reaction kinetics in direct micelles, inverted micelles, and homogeneous solution studied by NMR and conductometry / I.M. Zorin, T.M. Shcherbinina, E.I. Demidov, E.V. Mechtaeva, N.A. Zorina, P.A. Fetin, A.Yu. Bilibin // Colloid and polymer Science. - 2019, Volume 297, Issue 9, pp 1169–1176. DOI = 10.1007/s00396-019-04531-4 IF = 1.612 (Q2)
  4. Polyelectrolyte complexes of polyacrylic acid with oligovalent organic counterions / E.V.Mechtaeva I.M.Zorin D.A.Gavrilova P.A.Fetin N.A.Zorina A.Yu.Bilibin // Journal of Molecular Liquids -2019, -V.293, 111418. DOI =10.1016/j.molliq.2019.111418 IF = 5.065 (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 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.

Fetin Diplom

Студентам

Мы ждём вас для продуктивной работы.

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

У нас есть опыт выполнения курсовой работы по неорганической химии (1 курс), физической химии (2 курс), органической химии (3 курс).

В 2020/21 году научная работа группы поддержана грантами РНФ (проект № 19-73-00059), грантом президента для молодых кандидатов наук (МК-1578.2021.1.3), а так же международным проектом РФФИ 20-53-04017 бел_мол_а.

Мы можем помочь вам сделать первые шаги в науке!

Обращаться в каб. 4217 Институт химии в любое удобное время:

zorin rg 05

или удалённо: p.fetin@spbu.ru и i.zorin@spbu.ru.

Новости СПбГУ