Химический факультет ННГУ им.Н.И.Лобачевского

Направления научных исследований

Катализ. Избранные теоретические и прикладные проблемы

Цели.
Активация малых молекул (простейшие углеводороды, СО, СО2, Н2 и др.)
Нетрадиционные катализаторы и каталитические системы в нефтехимии
Разработка крупных государственных и международных научно-прикладных программ

Состояние научно-исследовательской работы коллектива и результаты.
По заявленному направлению опубликовано свыше 200 оригинальных работ
Получено пять патентов, в стадии подготовки заявки на четыре патента
Получен диплом №227 от 07.10.2003 г. на научное открытие "Явление образования радикалов при лигандо-обменном взаимодействии МОС"
Подготовлены материалы заявки на научное открытие "Явление ингибирования цепных свободно-радикальных процессов простейшими углеводородами"

Планируется расширение научно-исследовательский и научно-прикладных работ совместно с РФЯЦ ВНИИЭФ (г. Саров), ОАО СИБУР-НЕФТЕХИМ (г.Москва), ММПП <САЛЮТ> (г.Москва), ЗМЗ (г.Заволжье) и др.

Исследования проводят: д.х.н., профессор, действит. член РАЕН, ЕвроАЕН и Междунар. ААНОИ Александров Ю.А., к.х.н., ст.научн.сотр. Шекунова В.М.; к.х.н., ст.научн.сотр., действ. член Нью-Йоркской АН Цыганова Е.И.; научн.сотр. Диденкулова И.И.; ведущий инженер, к.т.н., доцент Соловьев В.И.; научн. сотр. Морозова В.Н.; ведущий инженер Сафонов В.А.; аспиранты, магистранты и студенты химического факультета ННГУ

Литература:

Александров Ю.А. Жидкофазное окисление элементорганических соединений. (монография) Изд.: Наука, М., 1978.
Александров Ю.А., Дягилева Л.М., Цыганова Е.И. Термическое разложение органических производных переходных металлов. (монография) Изд.: Наука, 1993.
Александров Ю.А., Лебедев С.А., Разуваев Г.А. Явление образования радикалов при лигандо-обменном межмолекулярном взаимодействии металлоорганических соединений. (Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского, Институт металлорганической химии им. Г.А.Разуваева РАН).
Научное открытие. Диплом №227. Приоритет открытия 17 августа 1978 г. Сборник кратких описаний научных открытий, научных гипотез - 2003 г., М.: РАЕН-МААНОИ-МААНО, Выпуск 2, 2004. С. 6.

Производные ферроцена с различными заместителями как модели ферментативных систем в их реакциях с молекулярным кислородом и гидропероксидами

Цель проводимых исследований:
Изучение механизма окисления производных ферроцена с заместителями типа -СН2СООН, -СОСН3, -СООН, -СН2ОН, -СНО и др. кислородом и пероксидами.
Состояние научно-исследовательской работы коллектива и результаты.

Результаты проведенных исследований показали, что окисление металлокомплексов протекает как согласованный бифункциональный процесс, когда молекула окислителя одновременно координируется с двумя реакционными центрами - атомом металла, выполняющим функции донора электронов, и с заместителем, являющимся акцептором электронов. Это приводит к снижению кинетических и термодинамических барьеров процесса переноса электрона с атома металла на молекулу окислителя, что характерно для поведения ферментативных систем в процессах окисления. Процесс окисления КПМ ускоряется добавками кислоты, роль которой сводится либо к протонированию атома металла, либо заместителя. Последний в этом случае преобразуется в карбокатионный центр с ярко выраженными свойствами кислоты Льюиса.
Интерес к разработкам группы за рубежом.

До сих пор считалось, что производные ферроцена с электроноакцепторными заместителями устойчивы к действию кислорода в органических растворителях. Наши исследования опровергают это мнение, что безусловно представляет интерес для всех исследователей, занимающихся изучением свойств органических комплексов переходных металлов.

Исследования проводят: д.х.н., профессор Фомин В.М., к.х.н., доцент Климова М.Н.,
аспиранты и студенты 4-5 курсов химфака ННГУ

Литература:

Фомин В.М., Пухова И.В., Смирнов А.С. О некоторых особенностях окисления ферроценилуксусной кислоты и 1,1, - диэтилферроцена молекулярным кислородом в органических растворителях.// ЖОХ, 2003, Т.73, № 10, С. 1756-1758.
Фомин В.М., Климова М.Н., Смирнов А.С. Реакция автоокисления ферроценуксусной кислоты в органических растворителях. // Координационная химия, 2004, Т. 30, № 5, С. 355-357.
Фомин В.М., Артемов А.Н., Лиогонькая Т.А. // Координационная химия, 2003, Т. 29, № 9, С.670-678.

Эффективные окислительные системы на основе озона

Цель проводимых исследований: разработка и изучение свойств окислительных систем на основе озона.

Озон является мощным окислителем, который широко используется в практике очистки бытовых и производственных сточных вод от токсичных примесей. В то же время его возможности как окислителя часто оказываются недостаточными для нейтрализации устойчивых к окислению веществ. Нами исследуются комплексные окислительные системы на основе озона: озон-пероксид водорода, озон - гетерогенный катализатор, озон-пероксид водорода-гетерогенный катализатор, которые оказались значительно более эффективными при очистке сточных вод от различных примесей, чем свободный озон.Наиболее эффективной является третья окислительная система, которая впервые была предложена нашим коллективом. По результатам проведенных исследований получены два патента РФ.

Озон широко используется во всем мире как эффективный окислитель при проведении природоохранных мероприятий, связанных с нейтрализацией токсичных веществ и болезнетворных бактерий в питьевой воде, в бытовых и сточных водах.
Аппаратурные возможности.

Поддерживаются постоянные научные связи с сотрудниками ИМХ РАН им. Г.А.Разуваева и ИНЭОС РАН.

Исследования проводят: д.х.н., профессор Фомин В.М., к.х.н., доцент Климова М.Н.,
студенты 4-5 курсов химфака ННГУ.

Литература:

Фомин В.М., Чураков В.В., Климова М.Н., Курочкин А.А. Патент РФ 3 38337, 2004 "Контактная колонна для очистки сточных вод".
Фомин В.М., Чураков В.В., Климова М.Н., Курочкин А.А. Заявка на патент РФ № 2003134610, приоритет от 28.11.03г. Положительное решение от 5.06.2005г. "Способ очистки сточных вод".

Реакционная способность элементоорганических соединений

Получение надежных экспериментальных данных о промежуточных и конечных продуктах превращения, кинетических и активационных параметрах реакций элементоорганических соединений - необходимое условие для установления механизма как гомогенных, так и гетерогенных реакций.

Научная группа ведет работу по двум направлениям.
1. Термическое, фотолитическое и окислительное превращения гомолигандных карбонилов металлов. Образующиеся в ходе вышеуказанных превращений устойчивые наносистемы, обладающие магнитными свойствами, используются для создания антифрикционных композиций, лекарственных препаратов, магнитоуправляемых каталитических систем, ферромагнитных жидкостей, применяемых в узлах с высокой нагрузочной способностью, металлических пленок и т.п.
2. Окисление металлов органическими соединениями в апротонных растворителях. Развиваемое направление даст теоретическое обоснование таких важных технологических процессов, как синтез электролитов для создания металлических и оксидных пленок, извлечение драгоценных и цветных металлов из природного сырья и металлического лома, получение металлосодержащих соединений заданного состава - катализаторов.

Группа имеет устойчивые научные связи с коллективами исследователей ИНЭОС РАН, ИХФ РАН (Москва), ИМХ РАН (Н.Новгород), МГУ, Киевского государственного университета, Казанского государственного университета, Ростовского государственного университета, Санкт-Петербургского государственного технического университета им. Ленсовета. Следует отметить также постоянные контакты с коллегами из университетов г. Дортмунда и Бремена (Германия), Гартца (Австрия), Праги (Чехия), Нью-Гемпшира (США).

Исследования проводят: д.х.н, профессор Масленников В.П., д.х.н, профессор Спирина И.В., к.х.н, доцент Сергеева В.П., к.х.н, доцент Масленников С.В., аспиранты, магистранты и студенты химического факультета ННГУ.

Литература:

Спирина И.В., Масленников В.П. Реакции термического, фотолитического и окислительного превращений гомолигандных карбонилов металлов VI-VIII групп периодической системы. // Успехи химии. 1994. Т. 63. №1. С.43-56.
Масленникова А.В., Спирина И.В., Цыбусов С.Н. Способ получения магнитного носителя для адриабластина. // Патент РФ № 2018312 (1994).
Bleckmann P., Bruggemann T., Maslennikov S.V., Schollmeier T., Schurmann M., Spirina I.V., Tsarev M.V., Uhlig F. Magnesium and chlorostannanes-building blocks for the novel tinmodifed silanes. // J. Organomet. Chem. 2003. V. 686. P. 332-340.

Химическая термодинамика полимерных, наноструктурных, элементоорганических и неорганических систем:

Коллектив научной группы проводит фундаментальные исследования в области химической термодинамики новейших и перспективных материалов - представителей классов полимерных, наноструктурных, элементоорганических и неорганических систем; основные сотрудники его осуществляют подготовку высококвалифицированных кадров, включая специалистов, магистров, кандидатов и докторов наук в области физической химии.

Основные научные результаты.
Традиционно все научно-исследовательские работы в той или иной степени связаны с изучением термодинамических свойств и термодинамических параметров синтеза разных классов новых, имеющих дальнейшую перспективу промышленного использования химических соединений, в том числе полимерных, элементоорганических, неорганических, композиционных и наноструктур и выявлением степени и характера влияния разных факторов, таких как состав, структура, температура, давление и др. на эти свойства. Отметим, что проведены исследования термодинамических свойств объектов, лежащих в основе создания ряда наукоемких технологий, новых материалов и химических продуктов.
Методами прецизионной калориметрии изучаются такие теплофизические свойства, как теплоемкость, температуры и энтальпии физических превращений, определяются температурные области существования веществ в различных физических состояниях, то есть пределы их практического использования. Исследование свойств проводится в широкой области температур от 5-6 до 700 К, изучение свойств в низкотемпературной области довольно редки не только в нашей стране, но и за рубежом, эти данные дают возможность рассчитать значения справочных термодинамических величин. Термодинамические функции более 60 соединений, полученные научным коллективом, занесены в базу данных Национального Бюро стандартов США (NIST) и другие электронные и бумажные справочные источники.
Также проводятся работы по определению энтальпий образования веществ, энтальпий реакций их получения, энтальпий испарения и сублимации. А в совокупности все полученные данные позволяют решать вопросы, связанные с направлением протекания реакции и вычисления термодинамического выхода продуктов.
Остановимся на конкретных научных направлениях в области химической термодинамики, осуществляемых на кафедре физической химии и базовых подразделениях - лаборатории термодинамики полимеров и лаборатории термохимии.
Большое направление - это изучение термодинамических характеристик нового класса полимеров - дендритных макромолекул, представляющих собой глобульные частицы с регулярным разветвлением цепей от центра к периферии, к изучению свойств которых с конца 90 гг. привлечено особое внимание со стороны исследователей, работающих в таких областях, как молекулярная инженерия, химия и физика жидких кристаллов. Эти дендритные молекулы с одной стороны представляют высокомолекулярные соединения, а с другой - являются индивидуальными веществами, это сказывается и на их термодинамических свойствах. Кроме того, к их внешнему слою возможно присоединять разные группы, в том числе мезогенные, т.е. способные к образованию жидкокристаллического состояния вещества. Наши работы посвящены изучению влияния номера генерации, то есть количества внешних слоев, плотности упаковки, количества разветвлений, на термодинамические свойства, температуры и характеристики физических превращений дендримеров. Этот цикл работ осуществляется совместно с Институтом синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова, МГУ им. М.В. Ломоносова. В настоящее время под руководством Смирновой Н.Н. в этом направлении выполняются кандидатская и дипломные работы.
Значительный цикл работ посвящен изучению термодинамических свойств открытых относительно недавно молекулярных аллотропных модификаций углерода - фуллеренов С60, кристаллических димерных и полимерных наноструктур на их основе орторомбической (О), тетрагональной (Т) и ромбоэдрической (R) упаковок; разупорядоченных аморфных графитопобных и алмазоподобных фаз, сформированных из "осколков" фуллерена С60, а также карбиноидных структур. Среди широкого спектра уникальных свойств фуллерена С60 выделяют его необычайно высокую устойчивость к механическим и химическим воздействиям. На базе перечисленных материалов возможно конструирование новых типов углеродных материалов, обладающих потенциально ценными свойствами. Кроме того, активно проводятся исследования термодинамических свойств и термической устойчивости фуллеренсодержащих виниловых, циклических и кремнийорганических полимеров с целью установления влияния ковалентно связанного фуллерена С60 на физико-химические свойства образующихся полимеров. Изучаются металлорганические димеры со сложными лигандами, содержащие связь С60-С60, определяется влияние природы металла на прочность связи и характеристики димеризации. Работы этого направления проводятся совместно с Институтом физики высоких давлений им. Л.Ф. Верещагина РАН (Троицк, Московской области), ИМХ им. Г.А. Разуваева РАН (Н. Новгород), Институтом высокомолекулярных соединений РАН (Санкт Петербург), МГУ им. М.В. Ломоносова. Часть результатов были обобщены Маркиным А.В. и представлены в его кандидатской диссертации, под его руководством в этом направлении выполняются дипломные и квалификационные работы.
Следующее направление - исследование термодинамических свойств полимеров и композиций на их основе. Сюда относятся полиуретаны (ПУ), причем полученные как традиционным способом полиприсоединением диизоционатов с диолами, а также и ПУ, полученные из циклоуретанов. Последние исследования связаны с разработкой возможности получения ПУ из экологически безопасных циклоуретанов, и композиций на основе полиуретанов, взаимопроникающих и полувзаимопроникающих полимерных сеток. Работы связаны с выяснением наилучших соотношений компонентов этих сеток, при которых имеет место наибольшая термодинамическая совместимость. Эти исследования проводятся совместно с Институтом высокомолекулярных соединений НАН (Украина, Киев), Институтом синтетических волокон (Германия, Аахен), Институтом Эйдховена (Нидерланды). На протяжении нескольких лет осуществляется изучение термодинамических свойств сополимеров монооксида углерода с олефинами и диенами и процессов их сополимеризации. Эти сополимеры представляют собой экологически чистые полимерные материалы, обладающие хорошей прочностью и химической стойкостью. Работы посвящены установлению влияния структуры сополимеров, так как их получают в цис-, транс-, эндо-, экзо- формах, на термодинамические характеристики, а также, что немаловажно, установлению наиболее оптимальной температуры синтеза, обеспечивающей разделение этих форм. Исследования проводятся совместно с ИПХФ РАН (Черноголовка, Моск. область) и проф. Д.Ф. Гришиным (кафедра химии нефти). Это направление на кафедре физической химии возглавляет Смирнова Н.Н., под ее руководством по этой тематике выполняются кандидатские и дипломные работы.
Направление, которое было развито профессором Н.В. Карякиным - это химическая термодинамика минералоподобных неорганических соединений урана. Эти исследования проводятся с 80-х годов и по настоящее время в тесном контакте с профессором Н.Г. Черноруковым и сотрудниками кафедры химии твердого тела. На кафедре физической химии были защищены 12 кандидатских диссертаций по этой тематике, в том числе Г.Н. Черноруковым, сейчас он продолжает это направление и подготавливает дипломированных специалистов. Задачи исследований продиктованы проблемой утилизации и связывания урана в природной среде и в различных технологических процессах, от добычи и переработки урановой руды до захоронения радиоактивных отходов.
Не менее перспективным и актуальным является изучение термодинамических свойств элементоорганических соединений, в частности ферроцена и ряда его функциональных производных. Эти объекты широко применяются в технологиях изготовления материалов электронной техники и нелинейной оптики, присадок к топливам, термостойких светочувствительных покрытий. Классическими методами химической термодинамики определяются средние энергии связи в указанных объектах, оценивается влияние природы заместителя в циклопентадиенильном кольце на прочность связи. Эти работы проводятся совместно с МГУ им. М.В. Ломоносова, ИНЭОС им. А.Н. Несмеянова РАН (Москва), ИМХ им. Г.А. Разуваева (Н. Новгород). По тематике этого направления на кафедре физической химии были защищены магистерские и кандидатские диссертации, в частности М.С. Козловой, под ее руководством выполняются квалификационные и дипломные работы.

Коллектив научной группы принимает активное участие в выполнении проектов в рамках программ Министерства образования и науки РФ, грантов Российского фонда фундаментальных исследований; представители группы, в том числе студенты третьих-пятых курсов, аспиранты и магистранты, принимали участие в выполнении международных грантов INTAS и международных научных договоров (Бельгия, Германия, Канада).

Исследования проводят: д.х.н., профессор, директор Термодинамического Центра точных калориметрических исследований Смирнова Н.Н., к.х.н., доцент Черноруков Г.Н.,
к.х.н., старший преподаватель Маркин А.В., к.х.н., старший преподаватель Козлова М.С.,
аспиранты и студенты химического факультета ННГУ.

Литература:

Lebedev B.V., Smirnova N.N. Сhap.9. The thermodynamics of higher polyolefins. In: Polymers and Copolymers of Higher a-Olefins. Munich - Vienna - New York: Hanser Publishers. 1997. P. 337-363.
Лебедев Б.В., Смирнова Н.Н. Химическая термодинамика полиалканов и полиалкенов. Монография. Н. Новгород: Изд-во ННГУ им. Н.И. Лобачевского. 1999. 274 с.
Smirnova N.N., Lebedev B.V., G.A. Abakumov, V.K. Cherkasov, M.P. Bubnov. Thermodynamic properties of paramagnetic bis-o-semiquinoic cobalt complex with a,a`-dipyridyl between TR0 and T = 350 K. J. Chem. Thermodyn. 2002. V. 34. P. 2093-2103.
Карякин Н.В., Черноруков Г.Н., Бондарева А.С. Термодинамические свойства ураносиликата цезия. Журн. физ. химии. 2003. Т. 77. № 5. С. 955-958.
Карякин Н.В., Черноруков Г.Н., Бондарева А.С. Термодинамические свойства ураносиликата рубидия. Журн. физ. химии. 2003. Т. 77. № 11. С. 1927-1931.
Маркин А.В., Смирнова Н.Н., Лебедев Б.В., Ляпин А.Г., Кондрин М.В., Бражкин В.В. Термодинамические и дилатометрические свойства димерной фазы фуллерена С60. Физика твердого тела. 2003. Т. 45. № 4. С. 761-766.
Маркин А.В., Смирнова Н.Н., Лебедев Б.В., Давыдов А.В., Кашеварова Л.С., Рахманина А.В. Термодинамические свойства кристаллических полимерных фаз С60 в области от Т R 0 К до 340 К. Известия академии наук. Сер. хим. 2003. № 4. С. 821-826.
Markin A.V., Smirnova N.N., Lebedev B.V.+, Lyapin A.G., Brazhkin V.V. Thermodynamics of crystalline 2D polymerized tetragonal phase of fullerene C60 from Т R 0 to 650 K at standard pressure. Thermochimica Acta. 2004. V. 411. № 1. P. 101-108.
Козлова М.С., Карякин Н.В., Шейман М.С., Ларина В.Н., Смирнов А.С. Термодинамические свойства формилферроценилуксусной кислоты. Журн. физ. химии. 2002. Т. 76. № 8. С. 1399-1402.
Козлова М.С., Карякин Н.В., Шейман М.С., Камелова Г.П., Ларина В.Н. Термодинамические свойства формилферроцена. Журн. общей химии. 2004. Т. 74. № 3. С.379-383.

Состав кафедры:

Направления научных исследований

Учебная работа

Финансирование

Оборудование