Наукова школа кафедри органічної хімії

Засновником наукового напрямку наукової школи кафедри органічної хімії «Поліфункціональні пероксидні модифікатори і полімерні композиційні матеріали», яка розвивається протягом більш як 50 років, був відомий вчений із світовим іменем професор Тимофій Іванович Юрженко. Саме він започаткував оригінальні роботи з вивчення полімеризації вінільних та дієнових мономерів у присутності радикальних ініціаторів різної будови. Були встановлені залежності між хімічною будовою, реакційною здатністю пероксидних ініціаторів та їх розподілом у фазах різноманітних гетерогенних систем. Інтенсивний розвиток фундаментальних досліджень сприяв трансформації наукового напрямку досліджень і на базі цих розробок в 1958 році на кафедрі органічної хімії була створена перша в інституті проблемна лабораторія синтезу нових матеріалів. У цій лабораторії, під керівництвом проф. Т.І.Юрженка, вперше у світі, було синтезовано новий клас сполук — ненасичені, здатні до полімеризації і кополімеризації пероксиди, які стали відомі як «пероксидні мономери» (ПМ). У структурі ПМ було вдало поєднано в межах однієї молекули два активних, здавалося б, несумісних центри — подвійний зв’язок, здатний до полімеризації та центр ініціювання, роль якого виконує лабільна пероксидна група. Були синтезовані різні типи ПМ та пероксидовмісних полімерів та каучуків на їхній основі, які не мали аналогів у світовій науці і практиці. На сьогодні одержано понад 500 таких пероксидних сполук і, деякі з них, випускаються в промисловості.

У 1972 році розвиток досліджень з пероксидної тематики очолив учень Т.І.Юрженка професор, д.х.н. Пучин В.О. (докторська дисертація «Дослідження в галузі ненасичених здатних до полімеризації органічних пероксидів, як модифікаторів полімерів», 1970 рік). Фундаментальні та прикладні дослідження розвивалися в межах наукового напряму «Розробка теоретичних основ синтезу та хімічної модифікації полімерів і композиційних матеріалів на основі органічних пероксидів», який логічно віддзеркалював розвиток наукової школи. В розвиток цього напрямку суттєвий внесок з розробки методів синтезу ПМ внесла с.н.с., к.х.н. Віленська М.Р. Характерною особливістю ПМ, створених науковою школою кафедри органічної хімії, є те, що вони містять у молекулі спряжені системи кратних зв’язків: > С=С-С=О, > С=С-С=С<, > С=С-С≡С-. З них найбільш термостабільними і технологічними виявились ПМ з єніновими спряженими зв’язками. Деякі з них набули промислового значення.

На основі пероксидних мономерів, в межах наукової школи, були вперше одержані під керівництвом с.н.с., д.х.н. Чуйка Л.С. пероксидовмісні олігомери і каучуки, вулканізація яких може здійснюватись без сірки, за рахунок реакцій пероксидних груп («Дослідження в області синтезу, структурування, та застосування пероксидовмісних олігомерів, каучуків і латексів», докторська дисертація, 1980 рік). При цьому, утворюються гуми, що відрізняються підвищеною озоно- і теплостійкістю, та іншими експлуатаційними перевагами.

Багаторічні систематичні дослідження аралкільних пероксидів призвели до створення цілої гами оригінальних і, практично важливих, пероксидних сполук. Технологія виробництва одного з них під назвою «Монопероксин» реалізована в промисловості. Ця складова досліджень наукової школи була розвинута в роботах проф. Дикого М.А. («Розробка методів синтезу, властивості та застосування функціональних аралкільних пероксидів», докторська дисертація, 1988 рік). Паралельно, під керівництвом проф. Федорової В.О. проводились дослідження по хімії функціональних пероксиестерів на базі аліфатичних двоосновних і ароматичних полікарбонових кислот («Функціональні пероксиефіри полікарбонових кислот», докторська дисертація, 1991 рік). Розроблені методи отримання пероксидних мономерів і полімерів — похідних малеїнової кислоти, створені поверхнево-активні пероксиестери на основі піромеллітового ангідриду і поліетиленгліколів.

Важливим внеском у розвиток наукової школи були дослідження з синтезу нового класу пероксидів — силіційорганічних пероксидів, під керівництвом доц. Літковця О.К.. Систематичні дослідження проведені в цій області, призвели до розробки нових оригінальних методів синтезу та одержання ненасичених і поліреакційноздатних функціональних силіційорганічних пероксидів. Були створені пероксидні полісилоксани з регульованим вмістом пероксидних груп, здатні при нагріванні вулканізуватись без введення інших структуруючих агентів.

В межах наукової школи, під керівництвом проф., д.х.н. Братичака М.М., був створений новий науковий напрямок досліджень з хімічної модифікації синтетичних смол, з використанням органічних пероксидів, а також з синтезу функціональних азодинітрильних ініціаторів («Синтез, властивості та застосування олігомерів і аліфатичних азодинітрильних сполук з пероксидними і епоксидними групами», докторська дисертація, 1990 рік).

Значним кроком в розвитку наукової школи стало створення, під керівництвом проф., д.х.н. Воронова С.А. («Синтез, властивості та застосування гетерофункціональних поліпероксидів», докторська дисертація, 1984 рік), на основі пероксидних мономерів, нового класу поліреакційноздатних полімерів, які стали відомі як «гетерофункціональні поліпероксиди», що містять в структурі макромолекул, поряд з пероксидними групами, різноманітні активні групи іншої природи. Наявність в структурі таких полімерів пероксидних груп, здатних до гомолітичних реакцій, а також полярних функціональних груп, здатних до хімічної або адсорбційної взаємодії, відкрило принципово нові перспективи модифікації та конструювання композиційних матеріалів. Гетерофункціональні поліпероксиди виявились сполуками багатоцільового призначення і дозволяють локалізувати в певних кількостях реакційноздатні групи на межі розділу фаз в різноманітних колоїдних системах — емульсіях, латексах та наповнених полімерах. Такі поліпероксиди здатні до хімічних перетворень за конденсаційним механізмом, з утворенням водорозчинних багатоцентрових макроініціаторів, полімерних пероксидних емульгаторів, а також модифікованих пероксидами різноманітних наповнювачів для полімерних матриць. Гетерофункціональні поліпероксиди можуть взаємодіяти з субстратами органічної та неорганічної природи, з одночасною або послідовною реалізацією обох типів функціональних груп і з утворенням контрольованої кількості хімічних зв’язків на міжфазних границях. Виконання цих робіт привело до трансформації напрямку досліджень наукової школи, та формування нового наукового напрямку, який розвивається під керівництвом проф. Воронова С.А., «Розробка реакційноздатних ініціюючих систем для функціоналізації (пероксидації) міжфазних поверхонь і формування на них спеціальних полімерних наношарів та конструювання наповнених композитів і біосумісних біодеградабельних полімерних матеріалів».

Створення гетерофункціональних сполук та розвиток нового наукового напрямку дав новий поштовх у пошуку принципово нових можливостей використання хімічних реакцій для одержання і модифікації полімерних матеріалів. Це віддзеркалилось в розвитку нових теоретичних засад синтезу полімерних матеріалів та процесів їх модифікації, з використанням гетерофункціональних поліпероксидів, що сприяло подальшому розвитку наукової школи («Радикальна полімеризація на міжфазній поверхні рідина — тверде тіло», докторська дисертація, Мінько С.С., 1993 рік; «Синтез фотоініціаторів і твердих фотополімеризаційноздатних матеріалів», докторська дисертація, Шибанов В.В., 1993 рік; «Міжфазні реакції функціональних олігомерів, як метод створення наношарів і композитних матеріалів», докторська дисертація, Токарєв В.С., 2004 рік; «Модифікація низькоенергетичних поверхонь з використанням поліпероксидів», Самарик В.Я., 2009 рік; «Функціональні пероксиди як реагенти для органічного синтезу та модифікації міжфазної поверхн», Гевусь О.І., 2010 рік; «Полімераналогічні перетворення поліангідридів та хітозану для створення самовпорядкованих полімерних систем», Будішевська О.Г., 2011 рік. Науковим консультантом цих докторських дисертацій є проф. Воронов С.А. Плідно працюють над завершенням докторських дисертацій, в межах наукової школи, докторанти Варваренко С.М., Когут А.М., п.н.с. Заіченко О.С. та доцент Дончак В.А.

Починаючи з 50-х років, в межах наукової школи, підготовлено 13 докторів та 96 кандидатів хімічних наук. За останні 10 років опубліковано більше як 600 наукових праць у фахових виданнях, декілька монографій. Розвитку наукової школи сприяє робота спеціалізованой вченої ради Д 35.052.01 з захисту докторських дисертацій, яка працює близько 40 років, з залученням провідних вчених наукової школи. Колектив наукової школи підтримує зв’язки з багатьма академічними та іншими науково-дослідними закладами України, постійно співпрацює та має спільні публікації з рядом закордонних наукових установ.

Дослідження наукової школи здобули міжнародне визнання (див. Houben-Weyl. Methoden der organischen Chemie. Band E 13/Teil 2. Organische Peroxo-Verbindungen. Verlag Stuttgart-New York. 1988).

В межах наукової школи створені нові функціональні сполуки та полімери на їх основі, розроблені та запропоновані основи нових технологій:

1. Функціональні ініціатори радикальних процесів нових типів, методи їх отримання та застосування, як структуруючі агенти для гум і поліолефінів. Синтез нових пероксидних мономерів, для одержання пероксидовмісних полімерів та поверхнево-активних сполук.
2. Гетерофункціональні олігомерні пероксиди для застосування як емульгатори-ініціатори водно-дисперсійної полімеризації вінільних і акрилових мономерів, як модифікатори поверхні мінеральних і органічних наповнювачів для полімерів.
3. Методи отримання і використання пероксидовмісних адгезивів, в тому числі апретів для волокнистих наповнювачів (вуглецевих волокон, скловолокон, корду тощо).
4. Методи одержання синтетичних і штучних латексів і водно-полімерних дисперсій з регульованим розміром частинок, зокрема: які не містять емульгаторів; зі складною будовою латексних частинок типу «ядро-реакційноздатна оболонка». Магнітні і флуоресцентні полімерні дисперсії для імунодіагностики.
5. Наукові принципи і методи пероксидної активації (модифікації) границі розділу фаз полімерних колоїдних систем, на основі яких створено нові технології одержання високонаповнених та армованих полімерних композитів спеціального призначення.
6. Конструювання систем для доставки ліків, в т.ч., для вирішення проблем онкології, через прищеплення біосумісних, біодеградабельних гідрогелів до полімерних поверхонь, з наступним наповненням лікувальними засобами (поліпептиди тощо), а також формування наночастинок зшитих гелів для використання, як носіїв, ліків.
7. Створення асортименту пустотілих нано- та мікросфер для застосування їх в якості контейнерів спеціальних речовин. Мікрокапсулювання рідких речовин з одночасним створенням твердої оболонки.
8. Одержання наночастинок металів (Ag, Au, Pt, Fe2O4 і інш.). Створення металонаповнених самовпорядкованих 2-D і 3-D полімерних структур.
9. Пероксидна активація дисперсних частинок природних біополімерів хітозану, декстрану, целюлози та створення наповнених деградабельних, біосумісних полімерних композитів з покращеними фізико-механічними властивостями.