Лаборатория химии антиоксидантов

Вернуться назад

Заведующий лабораторией:к.х.н. Вольева Виолетта Борисовна

Телефон отдела:

Почта:

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).

Сотрудники лаборатории химии антиоксидантов (2019 год). Сидят (слева направо): с.н.с., к.х.н. Нонна Львовна Комиссарова; зав. лаб., к.х.н. Виолетта Борисовна Вольева; с.н.с.. к.х.н. Маргарита Николаевна Овсянникова; стоят (слева направо): м.н.с.. к.х.н. Анастасия В. Рыжакова; с.н.с.,  к.х.н. Юрий Васильевич Кузнецов.

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.

Пилотная установка для синтеза оксигенатных октанповышающих добавок к автомобильным бензинам  - циклического кеталя золькеталя.

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.

Научный сотрудник лаборатории, кандидат химических наук Владимир Анатольевич Волков со своими  студентами бакалавриата МФТИ (2019 год).

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:

  • Конъюгаты пространственно-затрудненных фенолов с гидрофильными полимерами медицинского назначения прошли испытания в качестве компонентов плазмозамещающих средств на лабораторных животных в модели геморрагического шока. Плазмозаменители с антиоксидантной активностью не имеют аналогов в арсенале современной медицине.
  • Установлен каскадный механизм активности фенольных антиоксидантов в гидрофильных средах со ступенчатым образованием in situ активных соединений из исходных антиоксидантов.
  • Осуществлена твердофазная конверсия фенол – пирокатехин под действием высокого давления и деформации сдвига.
  • Показана возможность получения синтетического аналога биодизеля из низших жирных кислот в суперкритическом этаноле. Получены новые данные о реакционной способности орто-эфиров.
  • Полученные результаты определяют наиболее перспективные направления будущих исследований лаборатории с использованием методов и техник интенсивного воздействия на вещество.

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.

Кривандин Алексей Владимирович
Кривандин Алексей Владимирович
к.ф.-м.н.
Телефон:
+7 (495) 939-73-24
E-mail
а.krivandin@sky.chph.as.ru
Коварский Александр Львович
Коварский Александр Львович
д.х.н., профессор заслуженный деятель науки РФ
Телефон:
+7 (495) 939-73-66
E-mail
kovar@sky.chph.ras.ru
Бибиков Сергей Борисович
Бибиков Сергей Борисович
к.ф.-м.н.
Телефон:
+7 (495) 939-08-88, факс +7 (499) 137-82-31
E-mail
sb@deom.chph.ras.ru
Виноградов Георгий Алексеевич
Виноградов Георгий Алексеевич
д.х.н.
Телефон:
+7 (495) 939-08-38
E-mail
gvin@deom.chph.ras.ru
Немухин Александр Владимирович
Немухин Александр Владимирович
д.х.н., профессор
Телефон:
+7 (495) 939-10-96
E-mail
anemukhin@yahoo.com
Кривнов Валерий Яковлевич
Кривнов Валерий Яковлевич
д.ф.-м.н.
Телефон:
+7 (495) 930-14-24, +7 (495) 938-26-39
E-mail
krivnov@deom.chph.ras.ru
Семёнова Мария Германовна
Семёнова Мария Германовна
д.х.н.
Телефон:
+7 (495) 939- 71- 02
E-mail
mariagersem@mail.ru
Плащина Ирина Германовна
Плащина Ирина Германовна
к.х.н.
Телефон:
+7 (495) 939-74-02
E-mail
igplashchina@yahoo.com
Ломакин Сергей Модестович
Ломакин Сергей Модестович
к.х.н.
Телефон:
+7 (495) 939-71-91
E-mail
lomakin@sky.chph.ras.ru
Мартиросян Юрий Цатурович
Мартиросян Юрий Цатурович
к.б.н.
Телефон:
+7 (906) 703-57-41
E-mail
yumart@yandex.ru