| Аннотация |
Стремительное развитие «зеленой» химии выдвигает требования к использованию биоразлагаемых, возобновляемых веществ и экологически безопасных процессов. Cистемы агрегирующих веществ в биопроизводных растворителях представляют особый интерес, поскольку могут служить реакционными средами для повышения скорости химических реакций, обладать хорошей солюбилизационной способностью и применяться для разделения веществ. Мицеллярные растворы и микроэмульсии широко используются в мицеллярном катализе, дизайне нанореакторов, для контролируемой доставки лекарств и в процессах разделения. Поведение таких систем в решающей степени определяется механизмами агрегации, которые зависят от химической природы составляющих систему веществ. В последнее время особое внимание привлекает ряд биопроизводных растворителей, включая природные глубокие эвтектические растворители (NADES) и возобновляемые растворители, полученные из биомассы (в частности, цирен, диметилизосорбид, γ-валеролактон, циклопентилметиловый эфир). Сочетание таких растворителей с так называемыми ЭКО-ПАВ (возобновляемые ПАВ на основе этиленоксида, полученного из биоэтанола, например, ECO-Brij®) или с самоорганизующимися ионными жидкостями (SAILS), например, аминокислотными, представляет несомненный интерес.
Основная цель проекта — установить особенности механизмов агрегации в новых материалах на основе биопроизводных растворителей и поверхностно-активных веществ. Предполагается изучить системы, содержащие ЭКО-ПАВ (марки ECO Tween®, ECO Brij®, Tergitol, ECOSurf, Triton CG-110), ПАВ на основе аргинина, а также ряд аминокислотных ионных жидкостей (AAIL) в наборах растворителей: природные глубокие эвтектические растворители на основе жирных кислот (NADES), терпены, цирен, диметилизосорбид, γ-валеролактон, циклопентилметиловый эфир.
Проект сочетает получение новых экспериментальных данных и моделирование методом молекулярной динамики (МД) с развитием и применением теоретических подходов. Характеристики агрегации, включая критическую концентрацию мицеллобразования, поверхностное натяжение, размер и форму агрегатов, будут определены с использованием методов тензиометрии, флуоресцентной спектроскопии, фотонно-корреляционной спектроскопии и кондуктометрии. Эти исследования будут дополнены измерениями вязкости, плотности, показателей преломления, а также калориметрическими (DSC) и структурными (FTIR, PGSTE NMR и SAXS) данными для получения подробных физико-химических характеристик изучаемых материалов. Информация о морфологии агрегатов будет получена методами электронной микроскопии. С целью выяснения молекулярных механизмов агрегации и структурных деталей агрегатов будет проведено полноатомное МД-моделирование для смесей разных типов (мицелла AAIL в воде, неионное ПАВ в возобновляемых растворителях - цирен, глубокий эвтектический растворитель на основе жирной кислоты и др).
Теоретическое описание агрегированных жидкостей будет выполнено в рамках двух различных подходов. Для неионных систем будет использована недавно разработанная многослойная квазихимическая модель, которая учитывает корреляции между взаимодействующими функциональными группами и дает исключительно подробное описание локальной структуры агрегата: локальную ориентацию химических связей, водородных связей, профиль компонент тензора давления и др. Для систем с кулоновскими взаимодействиями будет использована модификация классической модели, которая описывает агрегаты разного размера и формы, включая разветвленные структуры, и учитывает специфические взаимодействия. Подход уже опробован для водных смесей Тритон-114 + н-октанол + (хлорид 1-метил-3-октилимидазолия) и может быть распространен на смеси, рассматриваемые в проекте. Теоретическая часть включит переформулировку и корректировку моделей для изучаемых типов систем, разработку программного обеспечения, оценку параметров моделей на основе экспериментальных данных и проверку предсказательной способности моделей.
|
