Кафедра высокомолекулярных соединений

Лаборатория полимеризационных процессов

История создания лаборатории

Лаборатория была основана в 1955 году До 1968 года лабораторией руководил Виктор Александрович Кабанов. С 1969 по 1986 г.г. лабораторией заведовал профессор, д.х.н. Виталий Павлович Зубов, с 1987 по 2005 г.г. – профессор, д.х.н. Владимир Борисович Голубев. С 2006 г. и по настоящее время лабораторией заведует доктор химических наук, ведущий научный сотрудник Михаил Юрьевич Заремский

Заведующий лабораторией: доктор химических наук, ведущий научный сотрудник Михаил Юрьевич Заремский тел. (495)939-54-09, e-mail: zaremski@mail.ru

Научная тематика лаборатории всегда была связана с исследованием кинетики и механизма элементарных актов полимеризационных процессов. Важнейшие результаты и достижения лаборатории, полученные до конца 1980-х годов в сотрудничестве с ведущими академическими институтами:

• открытие и объяснение аномально быстрых низкотемпературных реакций полимеризации мономеров в твердом состоянии при фазовых превращениях стекло – кристалл и кристалл – кристалл (Ленинская премия, 1980 г.);
• открытие полимеризации ацетона, нитрилов по тройной CºN связи, полимеризации гетероциклов с раскрытием цикла
• разработка концепции комплексно-радикальной полимеризации виниловых и аллиловых мономеров как особой разновидности полимеризационных процессов, в которых комплексообразователи выступают в роли катализаторов или замедлителей элементарных стадий роста, обрыва и передачи цепи;
• разработка концепции чередующейся сополимеризации;
• разработка метода спиновых ловушек;
• разработка концепции полимеризации ионизующихся мономеров (премия АН СССР имени С.В. Лебедева)
• открытие спонтанной полимеризации 4-винилпиридина на матрицах полианионов – первый матричный синтез неприродного полимера.

С конца 1980-х г.г. в лаборатории начало развиваться новое направление, связанное с исследованием процессов псевдоживой радикальной полимеризации. Эта тематика стала определяющей в лаборатории. Первые работы были связаны с инифертерной полимеризацией. После этого было начато изучение полимеризации под действием нитроксильных радикалов. В настоящее время в лаборатории существуют две научные группы, которые развивают данное направление.

Основные направления научных исследований и структура лаборатории

Макромолекулярный дизайн полимеров подразумевает контроль следующих параметров: архитектуры цепи – топологии макромолекул, регулярности макромолекул, характера распределения звеньев в цепи, молекулярно-массового распределения и концевых функциональных групп. В рамках полимеризационных процессов этого проще всего достичь использованием живой анионной полимеризации, однако ее применение ограничено функциональностью мономеров. Более привлекательными оказались процессы радикальной полимеризации, которые принято называть радикальной полимеризацией с обратимой деактивацией цепи или контролируемой, или псевдоживой радикальной полимеризацией. Официальная история ее открытия связана с появлением так называемых инифертеров в начале 80-х годов прошлого века. С того момента начался ренессанс радикальной полимеризации, который продолжается и спустя уже три десятка лет.

Эти процессы основаны на периодическом "оживлении" радикалов роста за счет реакций обратимого взаимодействия радикалов роста с добавками специальных низкомолекулярных соединений – агентов обратимого обрыва или передачи цепи. В результате, рост макромолекулы происходит ступенчато посредством чередования периодов “сна” и “жизни”. При достаточно большом числе повторений таких периодов радикальная полимеризация по своим закономерностям приближается к “живой” анионной полимеризации.

В зависимости от механизма активации и деактивации цепи различают процессы обратимого ингибирования (это инифертерная полимеризация, полимеризация под действием стабильных радикалов и спиновых ловушек), обратимого переноса атома (atom transfer radical polymerization), в которых используются соединения переходных металлов, вырожденной передачи цепи, частным случаем которой является полимеризация с обратимой передачей цепи по механизму присоединения – фрагментации, известная в зарубежной литературе как  RAFT, и обратимого комплексообразования (Reversible Complexation Mediated Living Radical Polymerization).

Лаборатория включает две научно-исследовательские группы:

1. группа под руководством д.х.н. М.Ю. Заремского занимается изучением закономерностей радикальной полимеризации с участием агентов обратимого обрыва цепи (полимеризация под действием нитроксильных радикалов, органоборанов) и полимеризации под действием катализаторов на основе меди (0) по механизму одноэлектронного переноса (Single-Electron Transfer, SET);

2. группа под руководством проф. Е.В. Черниковой занимается изучением закономерностей радикальной полимеризации по механизму обратимой передачи цепи (RAFT) и ее применением для синтеза макромолекул заданной архитектуры в условиях гомо- и гетерофазной полимеризации.

Научные исследования лаборатории поддерживаются грантами РФФИ и РНФ. Лаборатория сотрудничает с академическими институтами РАН, с полимерными кафедрами российских ВУЗов и зарубежными университетами. Сотрудники лаборатории активно взаимодействуют с российскими и зарубежными компаниями.

Контролируемая радикальная полимеризация

от хаоса к порядку

Список основных публикаций лаборатории за 2022-2020 годы

2022 

1. Controlling monomer sequence distribution in RAFT polymerization of styrene and acrylic acid. Toms R.V., Prokopov N.I., Mineeva K.O., Plutalova A.V., Chernikova E.V. Mendeleev Communications, том 32, № 2, с. 238-240

2. Effect of the comonomer addition sequence in the synthesis of an acrylonitrile terpolymer on the solution rheology and fiber properties. Skvortsov I.Yu, Varfolomeeva L.A., Kuzin M.S., Vashchenko A.F., Chernikova E.V., Toms R.V., Kulichikhin V.G. Mendeleev Communications, том 32, № 5, с. 652-654

3. Influence of Alkyl Acrylate Nature on Rheological Properties of Polyacrylonitrile Terpolymers Solutions, Spinnability and Mechanical Characteristics of Fibers. Skvortsov I.Yu, Maksimov N.M., Kuzin M.S., Toms R.V., Varfolomeeva L.A., Chernikova E.V., Kulichikhin V.G. Materials,том 16, № 1

4. Melt-Spinnable Polyacrylonitrile — An Alternative Carbon Fiber Precursor. Chernikova E.V., Osipova N.I., Plutalova A.V., Toms R.V., Gervald A.Y., Prokopov N.I., Kulichikhin V.G. Polymers, том 14, № 23

5. RAFT Copolymerization of Vinyl Acetate and Acrylic Acid in the Selective Solvent. Kozhunova E.Yu, Plutalova A.V., Chernikova E.V. Polymers, том 14, № 3 

6. RAFT-Based Polymers for Click Reactions. Chernikova E.V., Kudryavtsev Y.V. Polymers, том 14 

7. Reversible Deactivation Radical Copolymerization: Synthesis of Copolymers with Controlled Unit Sequence. Chernikova E.V., Mineeva K.O. Polymer Science - Series C, том 64, № 1, с.1-25

8. Seeded RAFT Polymerization of Styrene for the Synthesis of Stable Dispersions of Amphiphilic Block Copolymers and Composite Nanoparticles. Serkhacheva N.S., Ryzhikov K.A., Prokopov N.I., Plutalova A.V., Bol’shakova A.V., Chernikova E.V. Polymer Science, Series B, том 64, № 2, с. 124-136.

9. Styrene–acrylic acid copolymers as new stabilizers of dispersion RAFT polymerization of butyl acrylate. Serkhacheva N.S., Galynskaya K.S., Prokopov N.I., Mineeva K.O., Plutalova A.V., Chernikova E.V. Mendeleev Communications, том 32, № 2, с. 241-243.

10. Unusual Role of N-Methylmorpholine N-Oxide in the Radical Polymerization of Acrylonitrile. Toms R.V., Medvedeva S.S., Gerval’d A.Yu, Prokopov N.I., Plutalova A.V., Kulichikhin V.G., Chernikova E.V. Polymer Science, Series B, том 64, № 5, с. 623-635 DOI

11. Amphiphilic Copolymers of Different Structure Based on Poly(ethylene glycol): Synthesis, Physico-Chemical Properties, and Cytotoxicity. Zaremski M.Yu, Melik-Nubarov N.S., Grozdova I.D., Aliev E.E., Rumyantsev S.A. Polymer Science - Series C, том 64

2021

1. Block Random Copolymers of Styrene and Acrylic Acid: Synthesis and Properties. Mineeva K.O., Medentseva E.I., Plutalova A.V., Serkhacheva N.S., Bol’shakova A.V., Lysenko E.A., Chernikova E.V. Polymer Science, Series B, том 63, № 6, с. 821-832

2. Monochelic Versus Telechelic Poly(Methyl Methacrylate) as a Matrix for Photoluminescent Nanocomposites with Quantum Dots. Jablanovic A.D., Bekanova M.Z., Litmanovich E.A., Karpov O.N., Bugakov M.A., Shandryuk G.A., Ezhov A.A., Talroze R.V., Chernikova E.V. Molecules, том 26, № 14

3. Reversible addition–fragmentation chain transfer based copolymers of acrylonitrile and alkyl acrylates as possible precursors for carbon fibers: synthesis and thermal behavior during stabilization. Toms R.V., Balashov M.S., Gervald A.Y., Prokopov N.I., Plutalova A.V., Chernikova E.V. Polymer International

4. Stabilization of Gold Nanoparticles with Block Copolymers of Styrene and 4-Vinylpyridine Synthesized by Reversible Chain Transfer Polymerization. Derikov Y.I., Yablanovich A.D., Litmanovich E.A., Amarantov S.V., Chernikova E.V., Kudryavtsev Y.V. Polymer Science, Series B, том 63, № 6, с. 882-893 DOI

5. Terpolymers of Acrylonitrile, Acrylic Acid, and Alkyl Acrylates: Effect of Alkyl Acrylate on the Thermal Properties of Copolymers. Vashchenko A.F., Toms R.V., Balashov M.S., Pichkunov N., Gervald A.Yu, Prokopov N.I., Maksimov N.M., Plutalova A.V., Chernikova E.V. Polymer Science, Series B, том 63, № 6, с. 802-820 

6. Kinetic Features of the Radical Polymerization of Methyl Methacrylate under Conditions of Nitroxide-Mediated Reversible Inhibition. Zaremski M.Yu, Odintsova V.V. Polymer Science - Series C, том 63, № 1, с. 11-28 

7. Polymerization-induced phase separation in gradient copolymers. Zaremski M.Yu, Kozhunova E.Yu, Abramchuk S.S., Glavatskaya M.E., Chertovich A.V. Mendeleev Communications, том 31, № 2, с. 277-279 

8. Reversible Deactivation Radical Polymerization Mediatedby Nitroxides and Green Chemistry

Zaremski M.Yu, MelikNubarov N.S. Polymer Science - Series C, том 63, № 2, с. 126-143 

2020 

1.Amphiphilic Copolymers of Acrylic Acid and n-Butyl Acrylate with the Predetermined Microstructure: Synthesis and Properties. Levina Yu.V., Plutalova A.V., Zaitsev S.D., Toms R.V., Serkhacheva N.S., Lysenko E.A., Chernikova E.V. Polymer Science, Series B, том 62, № 3, с. 225-237 

2. Copolymers of Acrylonitrile and Acrylic Acid: Effect of Composition and Distribution of Chain Units on the Thermal Behavior of Copolymers. Toms R.V., Balashov M.S., Shaova A.A., Gerval’d A.Yu, Prokopov N.I., Plutalova A.V., Grebenkina N.A., Chernikova E.V.

Polymer Science, Series B том 62, № 2, с. 114-128 

3. Facile synthesis of temperature-sensitive ABA triblock copolymers by dispersion RAFT polymerization. Serkhacheva N.S., Chernikova E.V., Balashov M.S., Prokopov N.I., Toms R.V. Mendeleev Communications, издательство Elsevier BV (Netherlands), том 30, № 6, с. 731-733 

4. Fiber-Forming Acrylonitrile Copolymers: From Synthesis to Properties of Carbon Fiber Precursors and Prospects for Industrial Production. Chernikova E.V., Toms R.V., Gerval’d A.Yu, Prokopov N.I. Polymer Science - Series C, том 62, № 1, с. 20-54 

5. Influence of Synthesis Method on the Properties of Carbon Fiber Precursors Based on Acrylonitrile and Acrylic Acid Copolymers. Toms R.V., Balashov M.S., Gervald A.Yu, Prokopov N.I., Plutalova A.V., Berkovich A.K., Chernikova E.V. Polymer Science, Series B, том 62, № 6, с. 660-670 

6. Synthesis of Amphiphilic Copolymers of Acrylic Acid and Styrene with the Desired Microstructure and Their Properties. Mineeva K.O., Osipova N.I., Zaitsev S.D., Plutalova A.V., Medentseva E.I., Serkhacheva N.S., Lysenko E.A., Chernikova E.V. Polymer Science, Series B, том 62, № 6, с. 649-659 

7. Synthesis of Block Copolymers of Acrylic Acid and N-Butyl Acrylate under Reversible Chain-Transfer Conditions in a Water-Alcohol Medium. Serkhacheva N.S., Chernikova E.V., Prokopov N.I., Ogai V.V., Mineeva K.O., Tselousov D.S., Plyusnina I.O. Polymer Science, Series B, том 62, № 5, с. 499-508

8. The Effect of Solvent Nature on the Adhesive Properties of Binary Styrene-n-Butyl Acrylate Copolymer Films Formed by Casting on Solid Substrates. Bogdanovaa Yu.G., Shapagin A.V., Kostina J.V., Shcherbinа A.A., Dolzhikova V.D., Chernikova E.V., Plutalova A.V. Colloid Journal, том 82, № 2, с. 93-99 

9. The Effect of the Synthetic Procedure of Acrylonitrile–Acrylic Acid Copolymers on Rheological Properties of Solutions and Features of Fiber Spinning. Skvortsov I.Y., Chernikova E.V., Kulichikhin V.G., Varfolomeeva L.A., Kuzin M.S., Toms R.V., Prokopov N.I. Materials, том 13, № 16 

10. Kinetic Features of Elementary Events in the Radical Polymerization of Methyl Methacrylate under Conditions of Nitroxide-Mediated Reversible Inhibition. Zaremski M.Yu, Odintsova V.V.

Polymer Science, Series B, том 62, № 1, с. 1-13

11. Some Aspects of Cu(0)-Mediated Radical Polymerization. Zaremski M.Yu, Bukin E.A., Mineeva K.O., Zezin S.B. Polymer Science, Series B, том 62, № 6, с. 583-596

12. TEMPO-mediated radical polymerization in the synthesis of poly(methyl methacrylate) macromonomer. Zaremski M.Y., Aliev E.E., Garina E.S., Melik-Nubarov N.S. Mendeleev Communications, том 30, с. 627-629 

Премии и награды лаборатории

1980 Ленинская премия, Еникополов Н.С., Гольданский В.И., Кабанов В.А., Абкин А.Д. за цикл работ "Обнаружение и исследование аномально быстрой полимеризации в твёрдой фазе" (1959—1978)

1984 Премия АН СССР им. С.В. Лебедева, Кабанов В.А., Зубов В.П., Топчиев Д.А. за цикл работ по теме "Радикальная полимеризация ионизующихся мономеров"

2011 Премия МАИК "Наука" Черникова Е.В., Голубев В.Б., Гарина Е.С., Плуталова А.В., Сивцов Е.В., Тарасенко А.В., Терпугова П.С., Юлусов В.В., Баскаков А.А., Минеева К.О. за цикл статей: "Контролируемый синтез полимеров в условиях обратимой передачи цепи"

2013 Премия МАИК "Наука" Заремский М.Ю., Голубев В.Б., Борисова О.В., Калугин Д.И., Чэнь Синь, Орлова А.П., Благодатских И.В., Борисов О.В., Гурский М.Е., Бубнов Ю.Н. за цикл статей "Псевдоживая радикальная полимеризация в условиях обратимого ингибирования. Кинетические особенности и синтетические возможности"

2015 Работа Borisova O.V., Billon L., Zaremski M.Yu., Borisov O.V. "Synthesis of amphiphilic block-gradient copolymers" (Polymer Science Ser. С. 2015. V.57. №1. P.86-93) получила премию как имеющая максимальное количество обращений на сайте дистрибьютора журнала – компании Шпрингер в течение 2015 года.