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

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.

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:

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