Научная школа Капуцкого Ф.Н.
НАУЧНАЯ ШКОЛА В ОБЛАСТИ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ МОДИФИКАЦИИ ПОЛИСАХАРИДОВ И ИХ ПРОИЗВОДНЫХ
Основоположник школы: Капуцкий Федор Николаевич, академик НАН Беларуси
Научные сотрудники школы Капуцкого Ф.Н. работают в лабораториях химии полисахаридов, растворов целлюлозы и продуктов их переработки, катализа полимеризационных процессов НИИ ФХП БГУ, а также в лабораториях ГНУ «ИФОХ НАН Беларуси».
Наличие молодежных научных объединений (кружок, СНИЛ и т.д.), курируемых учеными, принадлежащими научному сообществу: образовательное направление «Зеленая химия» Национального детского технопарка (Гриншпан Д.Д., Савицкая Т.А.).
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ:
– направленная химическая и структурная модификация полисахаридов микробного, растительного и животного происхождения, исследование закономерностей процессов этерификации, алкилирования и окисления полисахаридов;
– разработка методов синтеза модифицированных полисахаридов, содержащих различные типы функциональных групп, исследование их физико-химических и медико-биологических свойств с целью создания материалов медицинского и технического назначения; синтез микро- и наноразмерных частиц гелеобразующих модифицированных полисахаридов;
– изучение закономерностей сорбционных взаимодействий химически и структурно- модифицированных полисахаридов с биомакромолекулами и низкомолекулярными лекарственными веществами, изучение влияния природы сорбционных связей и физико-химических свойств сорбентов на кинетику релиза in vitro биологически активных компонентов в физиологические среды;
– разработка интерполимерных комплексных систем модифицированных полисахаридов с биомакромолекулами и низкомолекулярными лекарственными веществами для систем адресной доставки химиопрепаратов в организм;
– создание новых высокоэффективных инъекционных, имплантационных и пероральных лекарственных средств пролонгированного действия на основе модифицированных полисахаридов для хирургии, кардиологии, онкологии, стоматологии; создание технологий получения лекарственных средств на основе модифицированных полисахаридов, разработка валидированных методов контроля качества;
– разработка способов делигнификации растительного сырья, для разработки экологически и экономически приемлемых технологий утилизации отходов сельхозпроизводства в коммерчески ценную целлюлозно-бумажную продукцию;
– синтез полимеров и сополимеров с контролируемым комплексом свойств (молекулярная масса, полидисперсность, микроструктура, состав и строение сополимеров) методами «живой»/контролируемой катионной, анионной, координационной и радикальной (со)полимеризации; поиск новых катализаторов для проведения катионной полимеризации виниловых мономеров в водных средах (суспензия, эмульсия);
– разработка экологически чистых методов синтеза ряда новых «зеленых» пластиков как альтернативы выпускаемыми промышленностью полистиролу, полиметилметакрилату и др. методом катионной полимеризации терпенов и b-метилстиролов-мономеров, полученных из возобновляемого сырья;
– создание научных основ процессов получения и переработки растворов целлюлозы и других полимеров в волокна, пленки, мембраны, композиты и синтеза производных целлюлозы;
– разработка новых подходов к получению быстродиспергируемых твердых и мягких лекарственных форм на основе водорастворимых полимеров;
– разработка новых методов очистки загрязненных вод, удаления поверхностно-активных веществ и ликвидации аварийных разливов нефтепродуктов, получения твердого композиционного биотоплива на основе гидролизного лигнина и нефте- и маслосодержащих отходов.
ВАЖНЕЙШИЕ НАУЧНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ
– разработаны теоретические основы структурной и химической модификации целлюлозы и других полисахаридов с целью создания на их основе практически важных материалов технического и медицинского назначения;
– выделены и изучены лабильные производные целлюлозы с высокой реакционной способностью, позволяющие регулировать структуру полимера и получать на его основе практически важные материалы: сульфо- и ацетоэфиры, структурно- и химически модифицированные порошковые формы целлюлозы;
– путем термоокислительных превращений целлюлозных материалов, модифицированных неорганическими соединениями, синтезированы высокодисперсные неорганические оксиды, керамические волокна, ферриты и сверхпроводящие материалы и т.д.;
– установлено, что при окислении крахмала и структурно аморфной целлюлозы (вискозное волокно) скорость реакции лимитируется химическим процессом, в то время как в случае хлопковой целлюлозы, имеющей высокую степень кристалличности, имеет место смешанная кинетика с сопоставимыми вкладами скоростей диффузии окислителя в кристаллиты и их разрушения и химической реакции;
– изучены процессы этерификации азотной кислотой сульфо- и карбоксилсодержащих полисахаридов и установлена более высокая реакционная способность оксиметильных групп в реакции нитрования по сравнению с гидроксилами в положении С(2) и С(3) глюкопиранозного цикла;
– изучено влияние степени окисления крахмала на кинетику нитрования и показано, что максимальная скорость этерификации имеет место для окисленных крахмалов с высоким содержанием карбоксильных групп, в гранулах которых произошли наиболее глубокие структурные преобразования, связанные с существенным разрушением упорядоченных участков и системы водородных связей в ходе окисления;
– изучены сорбционные процессы на карбоксилсодержащих полисахаридах алифатических аминов, аминокислот, ряда антибиотиков, противоопухолевых и кардиотропных препаратов основного характера из их водно-спиртовых растворов во всем диапазоне изменения концентрации органического сорастворителя;
– установлено, что сорбция МКЦ всех исследованных веществ из их растворов протекает в соответствии с теорией стехиометрической локализованной сорбции, в которой сорбционный процесс рассматривается как квазихимическая реакция присоединения. Определены значения свободной энергии Гиббса (DGt) переноса исследованных веществ из внешнего раствора в фазу карбоксилированных полисахаридов и показано, что (DGt) является суммой двух слагаемых – полярного (DGt)пол и сольвофобного (DGt)сфб. Показана применимость метода аддитивности свободной энергии сорбции Гиббса для сорбатов одного гомологического ряда;
– разработаны способы (гомогенный и гетерогенный) получения водорастворимых нитроэфиров карбоксилированного крахмала, позволяющие получать продукты с высокой степенью этерификации обладающие антиагрегирующим и прямым антикоагулирующим действиями, эффективность которых увеличивается с ростом содержания нитроэфирных групп (синтезированы 17 соединений нитроэфиров карбоксилированного крахмала с разной степенью замещения по нитроэфирным и карбоксильным группам, а также природой противоиона (натрий, литий, L-аргинин);
– изучены процессы иммобилизации на окисленной целлюлозе ряда антибиотиков основного и цвиттерлитного характера (линкомицин, гентамицин, цефалексин, цефазолин), протеолитических ферментов (трипсин, химотрипсин, фибринолизин), иммуностимуляторов (тимоген), аминокислот (аминокапроновая кислота, пролин, триптофан), цитостатиков (цисплатин), определены условия, обеспечивающие введение заданных количеств перечисленных веществ в целлюлозный носитель, а также максимальное сохранение биологической активности, изучена кинетика релиза перечисленных соединений из фазы носителя в физиологический раствор;
– установлены механизмы прямого растворения целлюлозы в одно- и двухкомпонентных системах различной химической природы; предложены новые критерии оценки растворяющей способности водных и неводных систем по отношению к природному полимеру; сформулирована общая концепция сольватационного механизма растворения целлюлозы в растворителях различной химической природы; разработаны и осуществлены новые способы растворения целлюлозы и стабилизации растворов смесей двух несовместимых полимеров в общем растворителе;
– разработан принципиально новый метод получения сложных эфиров целлюлозы в растворе, позволяющий синтезировать низкозамещенные производные целлюлозы с равномерным распределением заместителей и полной растворимостью в водных и водно-органических средах;
– впервые осуществлен гомогенный синтез сложных смешанных эфиров целлюлозы, хитина и хитозана полиэлектролитной природы, образующих жидкокристаллические структуры в сверхконцентрированных растворах;
– разработаны способы получения таблеток и мазей на основе активированного угля и различных лекарственных субстанций с повышенной биодоступностью и эффективностью действия.
– на основе полисахаридов разработаны биоразлагаемые упаковочные материалы технического и медицинского назначения.
– разработан ряд уникальных каталитических систем для катионной полимеризации в водных средах для синтеза функционализированных олигомеров стирола и его производных;
– предложены доступные, дешевые и эффективные каталитические системы на основе комплексов AlCl3 c электронодонорными соединениями для синтеза полиизобутилена с высоким содержанием экзо-олефиновых концевых групп «высокореакционноспособный полиизобутилена» ключевого интермедиата для получения добавок в моторные масла и топливо.
Перечень кандидатских и докторских диссертаций
Наиболее значимые научные разработки (с указанием места внедрения)
На основе модифицированных полисахаридов разработана технология получения окисленной целлюлозы (место освоения – ОАО «Борисовский завод медпрепаратов»), а также создан ряд лекарственных препаратов, технологии производства которых внедрены на фармацевтических предприятиях РБ:
– Лекарственные средства «Процелан», «Пленка с линкомицином», «Феранцел», «Оксицеланим», «Нитрамил», «Линкоцел» выпускает ОАО «Борисовский завод медицинских препаратов»;
– Лекарственное средство «Лакэмокс, выпускает РУП «Белмедпрепараты»;
– Лекарственное средство «Цисплацел» выпускает РУП «Унитехпром БГУ;
– Мономер катионный «Эквант-188» выпускает ООО «Стеко»;
– Производство субстанций «Темозоломид по 100 г в банках» и «Проспидия хлорид по 0,1 кг г в банках» налажено на РУП «Унитехпром БГУ;
– Вещество «Сольват 4‑метил-5-оксо-2,3,4,6,8-пентаазобицикло[4,3,0]нона-2,7,9-триен-9-карбоксамида с диметилсульфоксидом» выпускает НИИ ФХП БГУ.
– Разработаны и освоены на фармацевтических предприятиях РБ технологии получения энтеросорбента в виде тиксотропного гидрогеля «Диасорб-гель», психотропное лекарственное средство «Литоцел».
– Разработана технология получения каталитическим методом нефтеполимерных смол, предназначенных для использования в качестве пленкообразующего в лакокрасочных композициях и проклеивающего для ДСП и технология получения нефтяного полимеризата каталитическим методом предназначенного для использования в качестве пленкообразующего в лакокрасочных композициях;
– Разработана технология получения целлюлозных полуфабрикатов из соломы однолетних растений, предназначенных для изготовления бумажных и картонных изделий, а также для использования в качестве волокна-наполнителя в пищевой промышленности.
– Разработана новая бессероуглеродная технология получения гидратцеллюлозных и структурно-смешанных волокон, на ОАО «СветлогорскХимволокно» создана опытно-промышленная установка по получению гидратцеллюлозного и структурно-смешанного волокна»;
– Разработана технологии получения пленочно-тканевых фильтровальных материалов, фильтр-элементов и фильтровальных устройств (ОДО «НоТЕХМА»);
– Разработаны технологии очистки поверхностных, подземных и сточных вод (для подразделений МЧС РБ и промышленных предприятий РБ и России: ООО «Франдеса», ОАО «Лунинецкий молочный завод», ОАО «СветлогорскХимволокно» и др.). Созданы мобильные водоочистные установки для получения питьевой воды из сильно загрязненных источников в период чрезвычайных ситуаций производительностью 2,5 м3/ч) (выпускают и используют организации МЧС Республики Беларусь);
– Разработаны портативные комплекты для очистки загрязненных поверхностных и подземных вод выпускает НИИ ФХП БГУ;
– Разработан модифицированный угольный сорбент и угольный коагулянт для очистки сильно загрязненных вод («Сорбент угольный дисперсионный» (ТУ BY 100050710.099-2006) и «Коагулянт угольный» (ТУ РБ 100235722.128-2003), выпускает НИИ ФХП БГУ);
– Организовано промышленное производство жидкого алюминийсодержащего коагулянта на ОАО «СветлогорскХимволокно»;
– Разработан сорбент «Лигносорб» для удаления наслоенных нефтепродуктов и ликвидации аварийный разливов нефти (производит ОАО «Бобруйский завод биотехнологий»);
– Разработан состав твердого композиционного высококалорийного топлива на основе сорбента «Лигносорб» и отходов нефти и нефтепродуктов;
– Разработаны водорастворимые производные целлюлозы, хитина и хитозана для получения быстрораспадающихся лекарственных средств нового поколения (выпускает НИИ ФХП БГУ).
– Разработаны лекарственные препараты («Углесорб», «Преднизолон-гель 0,5%»); ветеринарный препарат «Белветсорб»; съедобные упаковочные пленки (ООО «Борисовский завод полимерной тары «ПОЛИМИЗ»).
Список монографий, глав коллективных монографий, учебников за последние 5 лет:
1. Савицкая, Т. А. Биоразлагаемые композиты на основе природных полисахаридов / Т.А. Савицкая ; Белорус. гос. ун-т. – Минск : БГУ, 2018. – 207 с.
2. Savitskaya T., Kimlenka I., Lu Y., Hrynshpan D., Sarkisov V., Yu J., Sun N., Wang S., Ke W., Wang L. Green Chemistry: Process Technology and Sustainable Development. Zhejiang university Press. Springer. 2021. – 149 p.
3. Akekseenko M., Batyan A., Butrim S., Hrabovska E., Litvyak V. etc. Atlas nanomorphologu of Objects of Organic and Inorganic Nature. Minsk, 2019. – 220 р.
4. Eva Ivanišová, Miroslava Kačániová, Tatsiana A. Savitskaya and Dmitry D. Grinshpan. Chapter 2 Medicinal Herbs: Important Source of Bioactive Compounds for Food Industry in Herbs and Spices– New Processing and Technologies. Edited by Rabia Shabir Ahmad. – United Kingdom: INTECHOPEN LIMITED, 2021. – P. 13–23.
Статьи, опубликованные в журналах, включенных в базу данных Scopus, за последние 5 лет
Статьи, опубликованные в журналах и сборниках статей, включенных в перечень ВАК, за последние 5 лет