Заведующий лабораторией:к.х.н. Вольева Виолетта Борисовна
Телефон лаборатории:+7(495)939-73-53, +7(495)939-72-94
Почта:violetta.voleva@gmail.com
Комната:—
Лаборатория химии антиоксидантов является необходимым подразделением в структуре ИБХФ РАН, так как не прекращается исследование роли антиоксидантов в растительных и животных биосистемах, в терапии болезней, связанных с оксидантными патологиями, в создании материалов, защищенных от окислительной деструкции. Широкий спектр применения антиоксидантов требует в то же время их специализированности, адресного действия. Наилучшим образом этому соответствуют гибридные соединения, сочетающие в одной молекуле разнофункциональные фрагменты, обеспечивающие не только антиоксидантную активность, но и биосовместимость, транспортные свойства, возможность взаимодействия с элементами клеточных структур.
В развитии современных направлений в химии самых популярных антиоксидантов – пространственно-затрудненных фенолов (ПЗФ) – гибридным соединениям уделяется особое внимание. Импульс таким исследованиям дали первый заведующий лабораторией профессор В.В. Ершов и его ближайшие сотрудники – д.х.н. Г.А. Никифоров, д.х.н. А.А. Володькин, к.х.н. И.С. Белостоцкая, к.х.н. Н.Л. Комиссарова. Результаты их исследований, отраженные в многочисленных публикациях, обзорах, монографиях, не утратили своей значимости и продолжают использоваться как в работе лаборатории, так и за ее пределами.
Препараты Г.А. Никифорова и А.А. Володькина исследуются в различных биологических моделях, в том числе, при выявлении эффектов сверхмалых доз. Важным вкладом А.А. Володькина является разработка новой технологической схемы синтеза соединения, базового для создания модифицированных фенольных антиоксидантов – метилового эфира β-(4-гидрокси-3,5-ди-третбутилфенил)пропионовой (Фенозан) кислоты. Ее производные использованы в синтезе двух рядов гибридов – «поплавковых» структур (Г.А. Никифоров) и гибридов на основе гидрофильных полимеров медицинского назначения. Придание этим макромолекулам антиоксидантных свойств могло бы сыграть важнейшую роль в трансфузионной терапии, в борьбе с массивными кровопотерями и с осложнениями при трансфузии с применением традиционных плазмозамещающих средств. Комплексное исследование макромолекулярных ПЗФ проводилось в течение ряда лет в содружестве с руководимым доцентом И.С. Домниной коллективом сотрудников кафедры высокомолекулярных соединений химического факультета СПбГУ.
По инициативе научного руководителя ИБХФ РАН С.Д. Варфоломеева в лаборатории проводится исследование «антиоксидантов» для моторных топлив – антидетонантных добавок, значительно улучшающих октановые характеристики топливных композиций. Синтез таких добавок осуществлен на основе вицинальных ди- и полиолов, получаемых при переработке возобновляемого сырья и не находящих полного применения в рамках существующих технологий – глицерина в производстве биодизеля, моносахаридов гемицеллюлозы – в производстве биоэтанола. Г.А. Никифоров предложил простой прием их перевода в гидрофобизированную топливную форму – конденсацию с карбонильными соединениями с образованием циклических кеталей (ЦК). Наиболее востребованными ЦК является золькеталь – продукт конденсации глицерина с ацетоном.
Наиболее востребованными ЦК является золькеталь – продукт конденсации глицерина с ацетоном. Синтез золькеталя для расширенных испытаний осуществлен на пилотной установке, конструкция которой разработана к.х.н. С.В. Усачевым, а реализация в металле осуществлена под контролем к.т.н. Д.А. Ковалева. В качестве операторов на установке работали В.Б. Вольева, Н.Л. Комиссарова, А.В. Малкова (Рыжакова), С.В Усачев. Экспресс-анализы проб для выхода на оптимальный режим работы установки проводили методами хромато-масс-спектрометрии (Е.В. Коверзанова) и ЯМР (к.ф.-м.н. Л.Н. Курковская).
Полученные данные использованы для разработки оптимизированного метода синтеза золькеталя, осуществленной при финансовой поддержке ПАО «Татнефть». Результаты защищены патентами. Испытания ЦК в топливных композициях показали, что значительный октанповышающий эффект достигается при использовании ЦК в паре с этанолом. Исследование возможного механизма октанповышающего действия ЦК проведено методом ЭПР в сотрудничестве с к.х.н. Т.В. Похолок и д.х.н. Д.Я. Давыдовым на примере модельных реакций с активными радикалами – атомарным хлором и фенилом. Зарегистрированы и идентифицированы образующиеся из ЦК углерод-центрированные радикалы, которые в протонной среде трансформируются в более стабильные циклические катион-радикалы. Такой механизм поддержан неожиданным биологическим тестом: при исследовании антибактериальной активности ряда замещенных ЦК к.х.н. М.Н. Овсянниковой обнаружена корреляция структурных эффекторов антибактериальной активности с антирадикальной активностью ЦК и относительной стабильностью образующихся из ЦК радикалов.
Набор оксигенатных октанповышающих добавок для топлив, получаемых из возобновляемого сырья, может быть расширен за счет применения к его переработке новых методов и техник. В МГУ на кафедре химической энзимологии в группе к.б.н. М.А. Гладченко развиваются биокаталитические методы переработки биомассы с использованием отселекционированных ацидогенных микробных ассоциаций, продуцирующих этанол и легкие жирные кислоты (ЛЖК), главным образом, масляную кислоту. Естественным путем превращения этих продуктов в гидрофобизированную топливную форму является конденсация с образованием этилкарбоксилатов. Этот процесс осуществлен на возглавляемой д.х.н. Ф.М. Гумеровым кафедре теоретических основ теплотехники Казанского Государственного Технологического Университета группой к.х.н. Р.А. Усманова в условиях образования суперкритических флюидов (СКФ) этанола. СКФ-синтез дает такие преимущества как сокращение времени процесса, отказ от применения катализаторов, а главное, возможность модификации образующейся смеси эфиров за счет этилирования карбоксилатов in situ с получением эфиров более высоких кислот. Подобные превращения недостижимы в обычных условиях. С учетом происхождения исходных соединений образующуюся композицию эфиров можно назвать легким аналогом биодизеля. Исследование возможностей СКФ-синтеза и механизма осуществляющихся при этом превращений в настоящее время проводится на более широком круге объектов, представляющих практический интерес.
К числу используемых в синтезе антиоксидантов методов интенсивного воздействия на вещество относится воздействие высокого давления в сочетании с деформацией сдвига (ВД+ДС). С применением ВД+ДС осуществлена практически важная конверсия фенол-пирокатехин на примере селективного орто-гидроксилирования 2,4-ди-третбутилфенола под действием Cu2O. Исследования твердофазных превращений в условиях ВД+ДС проводятся в сотрудничестве с д.ф.-м.н. В.А. Жориным.
В результате объединения лаборатории химии антиоксидантов и лаборатории низкомолекулярных биорегуляторов в нашей лаборатории сохраняется направление, ранее возглавляемое профессором Л.Д. Смирновым, по созданию низкомолекулярных биорегуляторов на основе гидроксизамещенных азотистых гетероциклов. Исследования по этой тематике продолжает к.х.н Кузнецов Ю.В. Осуществляется синтез гетероароматических антиоксидантов (-гидроксипроизводных азотистых гетероциклов), изучение их физико-химических характеристик, и специфической биологической активности. Исследования по этой тематике продолжает к.х.н Кузнецов Ю.В. Осуществляется синтез гетероароматических антиоксидантов (-гидроксипроизводных азотистых гетероциклов), изучение их физико-химических характеристик, и специфической биологической активности. Получены производные 5-гидроксибензимидазола, 3-гидроксипиридина, пиридо- и пиримидо(1,2а)гидроксибензимидазола, 2-амино-6-гидрокситиобензимидазола, 2-аминобензотиазола, обладающие антиоксидантными, антирадикальными свойствами.
Биологические испытания проводились на базе Мордовского Государственного Университета. Практически важные результаты защищены патентами. В испытаниях препарата «Амбиол» на растениях подтверждена общность эффекта сверхмалых доз антиоксидантов, что может быть примером своего рода синергизма фундаментальных и прикладных исследований. Препарат АМБИОЛ предназначен для предпосевной обработки обработки семян зерновых культур. АМБИОЛ эффективен в малых дозах, повышает всхожесть, семенную продуктивность и урожайность, устойчивость к болезням и неблагоприятным погодным условиям. Рекомендован для применения на кукурузе, рисе, подсолнечнике, яровой и озимой пшенице, льне, сахарной свекле, огурце, эхинацее пурпурной. Совместим со всеми фунгицидами и протравителями семян. В 2015 году выполнены работы по Договору с Торговым Домом «Хим. Агро», (г. Краснодар) по производству и реализации опытной партии продукции по синтезу препарата.
Важным аспектом химии антиоксидантов, имеющим большое значение для их практического использования, является проведение фундаментальных исследований механизмов и кинетики реакций с их участием с целью создания и применения аналитических методов исследования количества и активности антиоксидантов в объектах биологического происхождения. Был проведен большой объем исследований с привлечением сотрудников нескольких лабораторий (В.А. Волков, В.М. Мисин, Н.Н. Сажина, Н.М. Евтеева, Н.П. Храмеева) по сравнительному тестированию спектрофотометрических, волюмометрических, люминесцентных и электрохимических методик анализа антиоксидантов в объектах пищевого и лечебно-профилактического назначения. Детально изучены кинетические характеристики многих антиоксидантов растительного и животного происхождения. Проводятся исследования кинетики и механизма ингибирующего действия конъюгатов фуллерена С60 с аддендами биологического происхождения на различных модельных системах, а также прикладные исследования по их применению в народном хозяйстве. Очень важно, что в этих исследованиях принимают участие студенты бакалавриата МФТИ под руководством к.х.н. В.А. Волкова.
На базе ООО «Завод эндокринных ферментов» в 2016 – 2017 г.г. проводились работы по исследованию кинетики водно-пропиленгликолевой экстракции антиоксидантов из лекарственного растительного сырья и созданию метода их стандартизации в процессе производства. Водно-пропиленгликолевые экстракты очень широко используются в технологии производства наружных косметических средств, при этом в спецификациях на экстракты (в том числе европейских производителей) не указываются какие-либо аналитические характеристики, связанные с их биологической активностью.
Подводя итоги работы лаборатории за прошедшие несколько лет, можно отметить ряд наиболее важных результатов:
За последнее десятилетие сотрудники лаборатории получили целый ряд патентов на изобретение РФ, 2 международных патента, публикуют статьи в рецензируемых журналах и сборниках «Фенольные соединения: свойства, активность, инновация», издательство PRESS-BOOK.RU, выступают с докладами на международных конференциях «Биоантиоксидант», на конкурсах научных работ Института.
