Кафедра химической кинетики

Лаборатория химии низких температур

Заведующая лабораторией  ведущий научный сотрудник, доктор химических наук, профессор Шабатина Татьяна Игоревна Тел/Факс: 8(495)939-54-42 e-mail: tsh@kinet.chem.msu.ru tatyanashabatina@yandex.ru

Лаборатория организована в 1974 году по инициативе
лауреата Нобелевской премии академика Н.Н. Семенова
С 1974 по 2013 гг. лабораторию возглавлял профессор, доктор химических наук, Лауреат Ломоносовской премии,
Заслуженный деятель науки РФ Г.Б. Сергеев

Коллектив лаборатории

Сотрудники Шабатина Татьяна Игоревна, в.н. с., д.х.н., профессор Сергеев Глеб Борисович, с. н. с., д. х..н., профессор Загорский Вячеслав Викторович, с.н. с., д.пед.н., проф. Боченков Владимир Евгеньевич, в. н. с., к.физ-мат.н. Морозов Юрий Николаевич, с. н. с., к.х.н., доцент Шабатин Владимир Петрович, с. н. с., к.х.н. Верная Ольга Ивановна, н.с., к.х.н. Громова Яна Андреевна, м. н. с. Лобанова Екатерина Михайловна, вед. инженер Федоров Владимир Витальевич, вед. инженер Нуждина Анастасия Вячеславовна, вед. инженер Куколев Евгений Александрович, мастер ВК Аспиранты Лобанова Екатерина Михайловна Нуждина Анастасия Вячеславовна

Основные направления научной работы лаборатории

На Химическом факультете в лабораториии химии низких температур создано и активно развивается новое направление – нанокриохимия, включающее получение, стабилизацию и химическую модификацию нано и субнаноразмерных систем с применением методов химии низких температур:

• Установлены размерные эффекты в реакциях частиц металлов и их соединений, определяющих химическую активность создаваемых наносистем в интервале температур 10-300 К.
  
• Осуществлено криоформирование функциональных наноматериалов
  
• Проведена криомодификация структуры и размера ряда кристаллических лекарственных средств для придания им новых физико-химических и фармакологических свойств
• Разрабатываются методы получения гибридных металл-органических наноматериалов и транспортных лекарственных наноформ

В работе используется совместное осаждение паров ряда металлов с различными активными и инертными неорганическими и органическими соединениями, в том числе жидкими кристаллами и мономерами, на холодные поверхности. Химические изменения при конденсации и последующем нагревании контролируются методами ИК-, УФ-, ЭПР-спектроскопии, калориметрически, термогравиметрически, по изменению электропроводности, различными типами просвечивающей и зондовой микроскопии.

Низкие температуры позволяют in situ проводить стабилизацию и осуществлять химические реакции атомов, кластеров и наночастиц металлов. Исследованы физико-химические свойства и реакции частиц Mg, Ag, Cu, Pb, Sm, Eu. На примере взаимодействия атомов и кластеров магния с четыреххлористым углеродом при температурах 12-35 К была показана зависимость реакционной способности от размера частиц. При обычных температурах компактный магний с четыреххлористым углеродом не реагирует. При температуре кипения жидкого азота в низкотемпературных соконденсатах происходит внедрение магния по связи С-Сl c образованием аналога реактива Гриньяра. При гелиевых температурах по данным ИК-спектроскопии продуктами взаимодействия являются гексахлорэтан и тетрахлорэтилен. Установлено, что активность частиц магния увеличивается в следующем ряду:Mg₂ >Mg₃≥Mg₄>Mg.

Разработаны методы управления свойствами наносистем в ходе их криоформирования. На основе свинца получены частицы «металлическое ядро – полупроводниковая оболочка» с контролируемым размером от 5 до 50 нм и создан материал, демонстрирующий чувствительность к воздействию паров воды и аммиака в концентрации несколько ppm в отсутствие нагревания. Создан автоматизированный стенд, контролирующий изменение проводимости газочувствительных систем.

На основе серебра, меди и мезогенных производных алкилцианобифенилов получены новые гибридные наносистемы, образующие твердые и жидкокристаллические фазы с различным типом самоорганизации. В интервале температур 80-350 К осуществлено управление размером (2-200 нм) и морфологией формирующихся наночастиц и их агрегатов. Капсулированием металл-мезогенных наносистем в полимерные пленки получены гибридные наноматериалы с управляемыми оптическими свойствами, стабильные в широком интервале температур. Метод запатентован в РФ.

Предложен и запатентован оригинальный способ криомодификациии лекарственных препаратов, позволяющий проводить микронизацию лекарственных субстанций, получать новые полиморфные структуры и улучшать биодоступность применяемых соединений. Способ основан на получении неравновесных твердофазных состояний при низких температурах. Осуществлена криомодификация ряда лекарственных субстанций: андростендиола, феназепама, габапентина, карведилола, флуктиказона пропионата, метронидазола, глибенкламида. Получены практически монодисперсные порошки субстанций с размером частиц от 50 до 500 нм с улучшенной биодоступностью и фармакологической активностью. Криомодификацией в потоке получена новая кристаллографическая форма феназепама, широко применяемого в медицине психотропного препарата. Образование новой структуры доказано рентгенографически, полученные кристаллографические параметры введены в Международную Кэмбриджскую базу данных. Фармакологические испытания на животных показали, что у криомодифицированной формы возросли положительные (анксиолитические) и на 40% уменьшились отрицательные (седативные) свойства. Для кардиологического препарата – карведилола получена аморфная форма, имеющая размер частиц до 1мкм. Для радиопротекторного гормона – андростендиола размер частиц уменьшен до 200 нм. Преимущества метода: увеличение биофармакологической активности лекарственных субстанций за счет их перевода в наноформы и структурной модификации, управление размером и структурой, отсутствие растворителей, модификация нерастворимых препаратов, сочетание с вспомогательными веществами и введение в композицию нескольких активных компонентов.

Методы исследования

• Криоконденсация паров реагентов
  
• Низкотемпературная УФ-, ИК-, ЭПР-спектроскопия
  
• Газовая хроматография, низкотемпературная адсорбция газов
  
• Низкотемпературная пленочная калориметрия
  
• Потенциометрия и измерение проводимости тонкопленочных образцов
  
• Политермическая поляризационная микроскопия
  
• Квантово-химическое моделирование исследуемых систем
• Динамическое светорассеяние

Защита диссертаций

• 2004 год - защита кандидатской диссертации Боченковым Владимиром Евгеньевичем на тему «Криоформирование и электрохимические свойства островковых пленок свинца», научный руководитель – проф., д.х.н. Г.Б. Сергеев.
  
• 2006 год - защита кандидатской диссертации Власовым Алексеем Викторовичем на тему «Криосинтез и термические превращения комплексов самария и европия с цианобифенилами и цианофенилпиридинами», руководитель - вед.н.сотр., к.х.н. Т.И. Шабатина, научный консультант – проф., д.х.н. Г.Б. Сергеев
  
• 2013 год – защита докторской диссертации Шабатиной Татьяной Игоревной на тему «Молекулярная организация и комплексообразование в процессах формирования гибридных металл-мезогенных наносистем»

Гранты

Международные

• INTAS-94-4299 (1994 –1998)
  
• NATO-for Peace, linkage-grant (1999-2000)
  
• INTAS-2000-00-911 (2001-2004)

Грант Российской Федеральной Программы «Университеты России» (1998-2001)

• РФФИ 99-03-32206-а (1999–2001) Реакции атомов, нанокластеров и коллоидных частиц металлов.
• РФФИ 00-03-32944-а (2000–2002) Низкотемпературная спектроскопия в исследовании комплексов переходных металлов с мезогенными лигандами.
• РФФИ 02-03-32469-а (2002–2004) Влияние размера и температуры на активность и селективность наночастиц металлов.
• РФФИ 04-03-32748-а (2004–2006) Криоформирование и химические превращения гибридных металл-мезогенных наносистем.
• РФФИ 05-03-32293-а (2005–2007) Конкурентные взаимодействия наночастиц металлов.
• РФФИ 08-03-00712-а (2008–2010) Модификация свойств наночастиц металлов.
• РФФИ 08-03-00798-а (2008–2010) Химические превращения в высокоупорядоченных металл-мезогенных наноансамблях.
• РФФИ 09-03-13557-офи_ц (2009–2010) Разработка низкотемпературных сверхкритических технологий получения наноразмерных порошков лекарственных субстанций с повышенной биофармакологической активностью.
• РФФИ 13-03-00792-а (2013–2015) Гибридные металл-мезогенные наносистемы: получение и физико-химические свойства.
• РФФИ 15-03-05178 А (2015–2017) Криохимический синтез и свойства кристаллических наноструктур стероидного гормона
• РФФИ 15-03-99582 (2015–2017) Плазмонный резонанс в металлических наноструктурах сложной формы: путь к управлению оптическими свойствами наносистем
• РНФ 16-13-10365 (2016–2020) Криохимичекие подходы к созданию новых гибридных наносистем и наноструктур для направленной доставки лекарственных веществ
• РФФИ 18-03-00730 (2018-2020) Управляемая самоорганизация и комплексообразование в формировании гибридных наноструктур на основе плазмонных металлов и мезогенных производных холестерина

Патенты РФ

1. Г.Б. Сергеев, В.С. Комаров, В.П. Шабатин. – Способ получения порошков лекарственных препаратов. Патент РФ 2195264, опубл. 5 июля, 2001
2. Т.И. Шабатина, Ю.Н. Морозов, Г.Б. Сергеев. Способ получения капсулированных в полимерной плёнке жидкокристаллических композиций. Патент РФ, N 2215770, Опубл.10.11.2003.
3. В.С. Комаров., Ю.Н. Морозов., С.П. Михалёв., Б.М. Сергеев, В.В. Загорский, П.Н. Колотилов, М.М. Артемьева, Н.А. Медведева, О.С. Медведев, Г.Б. Сергеев., В.П. Шабатин. «Способ получения рентгеноаморфной модификации карведилола», Патент РФ №  2366653 от 03.07.2006.
4. В.С. Комаров, С.П. Михалёв, Ю.Н. Морозов, Г.Б. Сергеев «Способ сублимации труднолетучих органических соединений», Патент РФ № 2295511 от30.12.2005.
5. Ю.Н. Морозов, Б.М. Сергеев, П.Н. Колотилов, В.П. Шабатин, Г.Б. Сергеев, В.В. Чернышев, Т.А. Воронина, Г.М. Молодавкин, «Кристаллическая β-модификация 7-бром-1,3-дигидро-5-(2-хлорфенил)-2Н-1,4-бензодиазепин-2-она и способ ее получения», № 2430094 от 17.03.2010.
6. Ю.Н. Морозов, П.Н. Колотилов, В.П. Шабатин, Г.Б. Сергеев, В.В. Чернышев, Т.А. Воронина, Г.М. Молодавкин, «Композиция для инъекций на основе кристаллической бета-модификации 7-бром-1,3-дигидро-5-(2-хлорфенил)-2Н-1,4-бензодиазепин-2-она, обладающая транквилизирующим действием и способ ее получения», Патент РФ № 2440120 от 19.11.2010.
7. Ю.Н. Морозов, А.Ю. Утехина, Г.Б. Сергеев, В.В. Чернышев, В.В. Чистяков, Н.П. Гончаров, В.М. Ржезников, «Кристаллическая модификация 3β-гидрокси-5-андростен-17-она FVII и способ ее получения». Патент РФ № 2528990 от 20.09.2014.
8. В.П. Шабатин, О.И. Верная, А.М. Семенов, Т.И. Шабатина «Кристаллическая β – модификация 2,3-бис-(гидроксиметил)хиноксалин-N,N'-диоксида, способ её получения и фармацевтическая композиция на её основе. Патент № 2563256 (11 апреля 2014 года)
9. Шабатин В. П., Верная О. И., Семенов А. М., Шабатина Т. И. Фармацевтическая композиция на основе β – модификации 2,3-бис-(гидроксиметил)хиноксалин-N,N'-диоксида и способ её получения. Патент № 2614736, 28 февраля 2017года

Международное сотрудничество

• Междисциплинарный научный центр нанотехнологических исследований Университета г. Орхус, Дания
• Университет штата Канзас, США
• Университеты г. Саутгемптон и г. Йорк, Великобритания
• Университет г.  Бордо, Франция
• Центр научных и прикладных исследований Жоржа Клода, Париж, Франция

Сотрудничество с другими организациями РФ

• Кафедра микробиологии биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова
• Институт элементоорганических соединений им. А. Н. Несмеянова Российской академии наук
• Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова, медико-биологический факультет, Кафедра молекулярной фармакологии и радиобиологии им. академика П.В. Сергеева
• Центр наноструктурных материалов и нанотехнологий Белгородского государственного университета (ЦНМ БелГУ)
• Институт физики металлов УрО РАН, г. Екатеринбург
• Исследовательский центр курортологии и реабилитации МЗ РФ, г. Сочи
• Лаборатория психофармакологии НИИ фармакологии имени В.В. Закусова РАМН, Москва
• Клинический отдел муковисцидоза Медико – Генетического научного центра РАМН, Москва
• Лаборатория биохимической эндокринологии и гормонального анализа Эндокринологического научного центра РАМН, Москва
• Кафедра фармакологии факультета фундаментальной медицины МГУ имени М.В. Ломоносова

Педагогическая работа

Сотрудники лаборатории активно участвуют в руководстве курсовыми работами студентов 1-4 курсов, дипломными и аспирантскими работами. На экспериментальной базе лаборатории проводятся три лабораторные работы спецпрактикума «Экспериментальные методы химической кинетики – «Криосинтез и вакуумная техника», «Методы калориметрии в химической кинетике», «Низкотемпературная адсорбция – термодесорбция газов». Проф. Т.И. Шабатина читает лекции для студентов и аспирантов кафедры химической кинетики химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова («Криохимия нанокластеров и наноструктур», «Криохимия молекулярно-организованных наносистем») и лекции по нанохимии и наноматериалам на кафедре химии Факультета фундаментальных наук МГТУ им. Баумана.

В лаборатории подготовлено 7 докторов наук, более 40 кандидатов наук и более 50 специалистов.

Публикации лаборатории (2007 - 2017 гг.)