Проект кандидата химических наук Романа Оттенбахера «Биомиметические каталитические системы на основе комплексов марганца для селективной окислительной функционализации С(sp3)-Н групп биологически активных стероидных молекул» — это во многом пионерское исследование, посвященное созданию биомиметических катализаторов и подходов к селективной химической модификации сложных молекул природного происхождения. Ожидается, что серия научных прорывов в данном направлении может стать началом новой эпохи в медицинской химии, особенно в области поиска новых фармацевтических препаратов — “drug discovery”, и таким образом будет способствовать выработке ответа на один из главных «больших вызовов» современности — улучшение качества жизни человека.

Роман Оттенбахер с коллегами

«Сложные органические молекулы природного происхождения являются ценным «полигоном» для исследователей: изучение биологической активности природных соединений привело к созданию множества новых лекарственных средств, – рассказывает Роман Оттенбахер. — К настоящему времени известен ряд синтетических подходов к окислительной функционализации C-H групп, однако в большинстве из них либо задействованы катализаторы на основе тяжёлых, в основном благородных, металлов и токсичные реагенты — окислители, либо требуются жёсткие условия проведения реакции, что сужает потенциальные возможности их практической реализации. На повестке дня стоит создание перспективных каталитических систем нового поколения — экологически безопасных, более производительных и селективных, а также и более предпочтительных с экономической точки зрения. Наш проект направлен на создании каталитических систем для процессов селективного С-Н окисления сложных субстратов природного происхождения на основе комплексов нетоксичного и широко распространённого в природе переходного металла марганца».

Инициативный проект кандидата химических наук Алексея Печенкина носит название «Гидрирование СО2 в ценные химические продукты на новых индий-содержащих системах» и направлен на разработку бифункциональных катализаторов, содержащих оксид индия и цеолитные системы, для каталитической конверсии углекислого газа в полезные продукты — низшие олефины.

Алексей Печенкин

Низшие олефины, такие как этилен, пропилен или бутилен, характеризуются высоким рыночным спросом и производятся в настоящее время из нефти. Постепенное истощение мировых нефтяных запасов или намеренное снижение переработки нефти требует новых стратегий синтеза низших олефинов из альтернативных источников углерода. Поэтому разработка новых методов каталитической конверсии углекислого газа в низшие олефины является актуальной задачей для современного мира.

«Основными источниками выбросов углекислого газа в атмосферу, рассматриваемых как решающий фактор глобального потепления, являются электростанции, работающие на угле, автомобили, промышленные фабрики и заводы, животноводческие фермы и т.п., — рассказывает Алексей Печенкин. — При этом конечными продуктами переработки СО₂ может быть широкий круг ценных химических соединений, такие как низшие олефины, метанол, диметиловый эфир и прочие. Мы работаем над поиском новых процессов и разработкой более эффективных катализаторов каталитической конверсии СО₂. Развитие методов каталитической конверсии углекислого газа в ценные химические соединения вызывает существенный интерес не только из-за экологических причин, но и благодаря вовлечению в производство нетрадиционных источников углеводородов с высоким содержанием СО₂, таких как биогаз, шельфовый газ или природный газ с высоким содержанием углекислого газа, например, с Астраханского месторождения».

Результаты исследования могут быть использованы для реализации стратегии перехода к декарбонизации экономики, снижению выбросов СО2 в атмосферу и повышения рентабельности производств, на которых в качестве отходов выделяется углекислый газ.

Кандидат химических наук Владимир Рогожников представил на конкурс инициативный проект «Развитие подходов к дизайну структурированных катализаторов переработки возобновляемого растительного сырья в водородсодержащие смеси для питания топливных элементов».

Владимир Рогожников

Решаемые в рамках данного проекта задачи связаны с получением водородсодержащего газа из растительного сырья и являются актуальными в области водородной энергетики и использования современных способов генерирования электроэнергии. Развитие общества напрямую связано с постоянно растущей потребностью в энергоносителях, что приводит к истощению природных ископаемых, изменению тектонических особенностей планеты и загрязнению атмосферы. Эти негативные последствия техногенной деятельности обусловливают необходимость развития новых экологических технологий, базирующихся на альтернативных сырьевых источниках. Одной из современных и быстроразвивающихся отраслей энергетики являются топливные элементы, для питания которых применяется водород или водородсодержащий газ, который получают путем превращения органических соединений в синтез-газ в специальных устройствах — риформерах.

«При конверсии растительного сырья в синтез-газ — водородсодержащий газ — реализуется замкнутый цикл по углекислому газу, и не происходит дополнительного выделения парниковых газов в атмосферу, — комментирует Владимир Рогожников. — Разработка технологии получения водородсодержащего газа из возобновляемого сырья позволит обеспечить водородным топливом как различные транспортные средства, так и ряд промышленных механизмов, например, строительную технику. Учитывая обширные неосвоенные площади и количество климатических поясов Российской Федерации, позволяющих выращивать ряд сельскохозяйственных культур, которые могут быть исходным сырьём для получения водородсодержащего газа из органических соединений, решение поставленной нами задачи обеспечит России ведущую роль на быстроразвивающемся и активно растущем рынке возобновляемых источников энергоресурсов».

Кандидат химических наук Юлия Родикова победила с проектом под названием «Фундаментальные основы дизайна бифункциональных каталитических систем на основе ванадийсодержащих гетерополисоединений с регулируемыми свойствами для создания новых процессов окислительной трансформации 5-гидроксиметилфурфурола в ценные химические продукты». Проект посвящен каталитическому окислению первичных углеводородов, получаемых из биомассы, в ценные для топливной и химической промышленности соединения, и перспективен в плане перехода на новые источники энергии и сырья на основе возобновляемых ресурсов.

Юлия Родикова

«Целевые соединения — фуран-2,5-дикарбоновая кислота и 2,5-диформилфуран — обладают богатой химией и имеют разнообразные применения в сфере получения полимеров, функциональных материалов и топлив, однако существующие методы синтеза таких соединений малоэффективны по ряду причин, в том числе из-за значительного образования побочных продуктов окисления, — сообщает Юлия Родикова. — Разработка новых каталитических систем на основе ванадийсодержащих гетерополисоединений позволит усовершенствовать существующие методы и будет способствовать росту эффективности и селективности превращений. Результаты проекта будут носить междисциплинарный характер, объединяя такие направления как катализ, органическая и неорганическая, а также физическая химия, и могут быть использованы для дальнейшего масштабирования реакций и моделирования аппаратуры опытных установок получения целевых продуктов в присутствии разрабатываемых катализаторов».

Справка: Президентская программа исследовательских проектов была разработана Фондом в 2017 году по поручению Президента России Владимира Путина, ее основные задачи – поддержать долгосрочные проекты ведущих ученых и создать карьерные траектории для перспективных молодых исследователей. За время реализации программы Фондом поддержано более 5 тысяч проектов.