Цели. Оценка энергетической и экономической эффективности применения сложных колонн с боковым отбором в схемах экстрактивной ректификации смеси бензол–циклогексан–толуол различного состава с N-метилпирролидоном в качестве разделяющего агента.

Методы. Для синтеза схем экстрактивной ректификации, включающих колонны с боковым отбором, использован метод трансформации графов, отображающих технологические схемы. Определение оптимальных параметров схем по критерию минимума суммарных энергетических затрат в кипятильниках колонн проводили методом сканирования области изменения переменных с заданным шагом. Для моделирования равновесия жидкость–пар использовано уравнение локальных составов Non-Random Two Liquid. Вычислительный эксперимент выполнен с применением программного комплекса Aspen Plus v.10.

Результаты. На базе пяти схем экстрактивной ректификации смеси бензол–циклогексан–толуол, включающих колонны с боковой секцией (схемы подмножества Q), с применением метода графов сгенерировано шесть схем, включающих колонны с боковым отбором (схемы подмножества I). Определены оптимальные по критерию суммарных энергетических затрат параметры синтезированных схем при разделении исследуемой смеси двух исходных составов, которые являются упрощенными аналогами фракций, образующихся в процессах каталитической гидроочистки-гидрокрекинга бензинов пиролиза (состав 1) и при каталитическом деалкилировании бензинов пиролиза с водяным паром (состав 2). Колонны с боковым отбором в каждой схеме подмножества I рассчитаны как с парофазным, так и с жидкофазным боковым потоком. Проведено сравнение схем экстрактивной ректификации различной структуры по критериям суммарных энергетических затрат в кипятильниках колонн (SQ_reb) и полных годовых затрат (total annual cost, TAC).

Выводы. Установлено, что энергетическая и экономическая эффективность схем, включающих колонны с боковым отбором, практически не зависит от агрегатного состояния бокового потока. Выявлено, что при разделении смеси бензол– циклогексан–толуол обоих рассмотренных составов минимальное значение SQ_reb отвечает схеме I2.2-пар, которая состоит из колонны экстрактивной ректификации, колонны регенерации N-метилпирролидона с боковым отбором потока в паровой фазе выше тарелки питания и колонны ректификации смеси бензол–толуол. Минимальной величиной TAC характеризуется схема I1.1, включающая экстрактивную колонну с боковым отбором потока ниже тарелки питания в паровой фазе (в случае состава 1) или в жидкой фазе (в случае состава 2). Для разделения исследуемой смеси обоих рассмотренных составов целесообразно использовать схему I1.1 с жидкофазным потоком бокового отбора из экстрактивной колонны, поскольку в этом случае проще осуществить отбор бокового потока и легче регулировать его расход и состав.

Цели. Получить циклические трет-амины алкилированием N,N-диметилпропилендиамина и N-аминоэтилпиперазина цис-1,4-дихлорбутеном-2 и цис-2,3-дихлорметил-гем-дихлорциклопропаном; синтезировать на основе циклических аминов четвертичные аммонийные соли и оценить полученные соединения в качестве веществ, влияющих на процесс гемостаза; определить влияние структурных фрагментов в полученных веществах на их антикоагуляционные и антиагрегационные свойства.

Методы. Целевые соединения были получены классическим способом органического синтеза — алкилированием N,N-пропилендиамина и N-аминоэтилпиперазина цис-1,4-дихлорбутеном-2 и цис-2,3-дихлорметил-гем-дихлорциклопропаном. Для определения качественного и количественного состава реакционных масс были использованы следующие методы анализа: хроматография («Хроматэк-Кристалл 5000М» с капиллярной колонкой 30 м × 0.25 мм × 0.5 мкм, содержащей 5% фенил и 95% полидиметилсилоксан в качестве неподвижной фазы), спектроскопия ядерного магнитного резонанса (прибор «BrukerAM-500» с рабочими частотами 500 и 125 МГц).

Результаты. Получены при нагревании соответствующие третичные амины с выходом 70–88% алкилированием N,N-диметилпропилендиамина и N-аминоэтилпиперазина цис-1,4-дихлорбутеном-2 и цис-2,3-дихлорметил-гем-дихлорциклопропаном. Определено, что синтезированные амины реагируют с бромистым бензилом с образованием солей с выходом более 80%. Установлено, что четвертичные аммониевые соли проявляют антикоагуляционную активность на уровне эталона — ацетилсалициловой кислоты, причем наибольшей активностью обладает амид 1-бензил-4-[2-(2,5-дигидро-1Н-пиррол-1-ил)этил]пиперазин. Анализ зависимости «структура-свойство» показал, что в ряду производных N,N-диметилпропилендиамина наличие бензильной группы повышает антиагрегационную активность (значение максимальной амплитуды агрегации тромбоцитов), тогда как для производных N-аминоэтилпиперазина наличие бензильной группы способствует снижению максимальной амплитуды агрегации тромбоцитов более чем в 2 раза, тем самым уменьшая антиагрегационную активность.

Выводы. N,N-диметилпропилендиамин и N-аминоэтилпиперазин конденсируется с цис-1,4-дихлорбутеном-2 и цис-2,3-дихлорметил-гем-дихлорциклопропаном с образованием соответствующих спироциклических производных с высокими выходами. Показано, что полученные амины вступают в реакцию квартенизации в условиях термического нагрева образованием четвертичных аммонийных солей. Найдено, что синтезированные соли проявляют антикоагуляционную активность на уровне эталона — ацетилсалициловой кислоты.

Цели. Изучение научных основ каталитической этерификации алифатических карбоновых кислот С₄–С₁₀ пентаэритритом в среде полярного растворителя — сульфолана. Определение кинетических параметров процесса прямых и обратных реакций. Оценка влияния структуры карбоновой кислоты на скорость превращения и компонентный состав продуктов реакции.

Методы. Процесс проводили в реакторе идеального смешения в избытке карбоновой кислоты (мольное соотношение пентаэритрита к карбоновой кислоте составляло 1 к 8 соответственно), в температурном интервале 383.2–403.2 К, в качестве каталитической системы использовали сочетание сульфолана и метансульфокислоты; данное сочетание показало свою эффективность по сравнению с проведением процесса в режиме самокатализа, что проявляется в увеличении скорости реакции в 600–800 раз при оптимальных количествах сульфолана (30 мас. % от реакционной системы) и метансульфокислоты (1 мас. % от реакционного субстрата). Контроль состава продуктов реакции осуществляли методом газожидкостной хроматографии с предварительной калибровкой по чистым веществам. Хроматографический анализ проводили на базе хроматографа «Кристалл-2000М», оснащенного капиллярной колонкой (60 м × 0.32 мм × 0.5 мкм) с привитой неподвижной фазой BP-1 (100% диметилполисилоксан).

Результаты. Впервые получены параметры уравнения Аррениуса для прямых и обратных реакций процесса этерификации 14 алифатических карбоновых кислот С₄–С₁₀ различного строения пентаэритритом в среде сульфолана. Полученные кинетические модели удовлетворительно описывают экспериментальные данные, что подтверждено стандартными статистическими методами расчета (в нашем случае избран критерий Пирсона, который является чувствительным к достаточно большому массиву экспериментальных данных; значение критерия составляло не менее 96%, что говорит об адекватности используемой кинетической модели для описания протекающих процессов). Дана оценка влияния структуры карбоновой кислоты на скорость процесса и состав продуктов реакции.

Выводы. В результате проведенных исследований установлено, что состав продуктов реакций в условиях химического равновесия при избранных условиях практически не зависит от структуры карбоновой кислоты; скорость химической реакции определяется, в основном, структурой карбоновой кислоты. Полученные данные позволяют аргументировать верифицированные кинетические модели, обеспечивающие возможность проектирования синтеза целевых эфиров с высокой степенью селективности и предсказуемыми свойствами.

Цели. Описать основные физико-химические свойства новых перфторированных соединений (перфтор-N-бутилморфолина, перфтор-N-бутилпиперидина, перфтор-N-этилпиперидина), разработанных в АО «РНЦ «Прикладная химия (ГИПХ)»; оценить возможность их использования в качестве технических жидкостей путем изучения профилей плотности, вязкости и теплоемкости в зависимости от температуры в областях низких температур, а также их применимость в качестве сред для проведения синтезов с участием сильных кислот Льюиса на примере трис(пентафторэтил)дифторфосфорана.

Методы. Перфторированные третичные амины (перфтортриэтиламин, перфтортрибутиламин, перфтор-N-бутилморфолин, перфтор-N-бутилпиперидин, перфтор-N-этилпиперидин) были синтезированы методом электрохимического фторирования в среде безводного фторида водорода. Состав, чистота и структура перфтораминов анализировались газожидкостной хроматографией (на приборе «Кристалл 2000M»), подтверждались спектроскопией ядерного магнитного резонанса (на приборе Bruker AVANCE III HD с рабочей частотой 400 МГц) и хроматомасс-спектрометрией (на приборе Agilent Technologies 7890B+5977A). Определение термических характеристик образцов проводили с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (на приборе Netzsch DSC 214 Polyma). Плотность и кинематическую вязкость образцов изучали с помощью вискозиметра Штабингера (на приборе Anton Paar Stabinger Viscometer SVM 3000). Трис(пентафторэтил)трифторфосфаты металлов получали реакцией фторирования трис(пентафторэтил)дифторфосфорана фторидами металлов первой группы — лития, натрия, калия.

Результаты. Синтезированы методом электрохимического фторирования трет-амины различной структуры: перфтортриэтиламин, перфтортрибутиламин, перфтор-N-бутилморфолин, перфтор-N-бутилпиперидин, перфтор-N-этилпиперидин с выходами по току от 29 до 61%. В широком диапазоне температур изучены зависимости теплоемкости, плотности и кинематической вязкости новых перфторированных алкилморфолинов и алкилпиперидинов в сравнении с нециклическими перфтораминами. В среде полученных перфтораминов синтезированы литиевые, натриевые и калиевые соли трис(пентафторэтил)дифторфосфорана с выходом по веществу от 38 до 95%.

Выводы. Проведенный анализ физико-химических свойств гетероциклических перфторированных трет-аминов — перфтор-N-бутилморфолина, перфтор-N-бутилпиперидина и перфтор-N-этилпиперидина, полученных в рамках данной работы, свидетельствует о том, что эти соединения по ряду показателей не уступают по свойствам нециклическим перфторированным трет-аминам и потенциально могут использоваться в качестве технических жидкостей благодаря высокой теплоемкости и потенциально низкой проводимости. Показано, что ключевыми параметрами, определяющими их применимость в качестве сред для синтезов с участием перфторированных реагентов, является их физико-химическое подобие, высокая плотность, а также низкая вязкость при отрицательных температурах.

Цели. Ввести полупродукт утилизации непригодного к использованию ракетного топлива — 1,1-диметил-2-метиленгидразона (ДМГ) в синтез пирролохинолинов(пиридинов), потенциально применимых в медицине. Провести реакции МДГ с тетрацианоэтилированными кетонами (ТЦК) на основе ацетона, метилэтилкетона, циклогексанона, 4-пропилциклогексанона, 2-метилциклогексанона. Исследовать перспективы увеличения выходов целевых продуктов путем осуществления тех же синтезов при микроволновом излучении и с использованием ультразвукового реактора.

Методы. ТЦК были получены из тетрацианоэтилена (ТЦЭ) и соответствующего кетона в диоксане, ацетоне или этаноле, под катализом концентрированных кислот — соляной или серной. Пирролохинолины(пиридины) синтезированы из ДМГ и соответствующего ТЦК в этилацетате с каталитическими количествами щелочи. Синтезы проводились на магнитной мешалке при стадартных условиях, в ультразвуковом реакторе производства «Вологда» (Россия) и в микроволновой печи UWave-2000 марки Sineo (Sineo Microwave Chemistry Technology Co., Китай). Протекание реакции и чистоту продуктов контролировали методом тонкослойной хроматографии на пластинах Sorbfil (Sorbfil, Россия). Присутствие ТЦЭ в реакционной смеси определяли пробой на гидрохинон. Температуры плавления и разложения определены на приборе OptiMelt MPA100 (OptiMelt, США). Структуры идентифицированы методами инфракрасной спектроскопии на приборе ФСМ-1202 (СпектроЛаб, Россия), ядерно-магнитного резонанса ¹Н и ¹³С в диметилсульфоксиде d₆ на спектрометре Bruker AVANCE 400 WB (Bruker Corporation, США), масс-спектроскопии с использованием квадрупольного времяпролетного масс-спектрометра AB SCIEX TripleTOF 5600 (AB SCIEX PTE. Ltd., Сингапур) и квадрупольного газового хромато-масс-спектрометра GCMS-QP2020 NX (Shimadzu, Германия).

Результаты. Разработаны надежные методики получения пирролопиридинов на основе ацетона и метилэтилкетона без осмола в условиях ультразвукового перемешивания и микроволнового излучения (МВИ) со значительным увеличением выходов. Достигнута наивысшая степень конверсии ДМГ в пирролохинолин из циклогексанона с выходом целевого продукта 92% за наименьший промежуток времени 2 мин при МВИ. Однако для производных 4-пропилциклогексанона и 2-метилциклогексанона подобные модификации синтезов не привели к желаемым результатам, в первом случае наблюдалось уменьшение выходов в сравнении со стандартными условиями, во втором — лишь незначительное увеличение.

Выводы. Ультразвуковое перемешивание и МВИ эффективны в конверсии ДМГ в пирролопиридины на основе алифатических ТЦК и нерезультативны для пирролохинолинов на основе 4-пропилциклогексанона и 2-метилциклогексанона. Высокий выход пирролохинолина на основе циклогексанона (92%) позволяет рассматривать перспективы внедрения быстропротекающей при действии МВИ реакции ДМГ и ТЦК на основе циклогексанона в производство.

Цели. Разработка технологических решений, направленных на повышение эффективности сверхкритической флюидной экстракции полярных биологически активных веществ из растительного сырья, является актуальной задачей. Целью данной работы является стабилизация состава экстрагента за счет непрерывной подачи полярного сорастворителя в поток сверхкритического диоксида углерода.

Методы. В качестве модельного объекта были использованы плоды черной смородины (Ribes nigrum L.), содержащие полифенолы, которые относятся к группе наиболее трудноизвлекаемых соединений. В работе были использованы два типа подготовленного сырья, полученные с помощью тепловой сушки при температуре 50°C в течении 48 ч и лиофильной сушки при давлении 68 Па и температуре до 25°C в течении 48 ч. Для получения экстрактов применялся метод сверхкритической флюидной экстракции в экстракторе высокого давления с объемом 250 мл. Процесс проводился при температуре 50°C и давлении 200 бар при пяти различных режимах: чистым CO₂, с добавлением этанола, с добавлением ацетона и с различным способом подачи экстрагента в экстрактор высокого давления.

Результаты. Установлено, что наибольшая эффективность извлечения полифенолов достигается при использовании тепловой сушки сырья в сочетании с непрерывной подачей этанола в качестве сорастворителя, что позволило получить максимальные значения выхода экстракта (22.47 мас. %) и полифенолов (4.95 мас. %). Экспериментально подтверждено, что режимы с применением ацетона обеспечивают высокий выход экстрактивных веществ, однако их использование ограничено токсичностью растворителя, тогда как непрерывная подача этанола является более перспективным и безопасным методом интенсификации процесса. Выявлено, что образцы, подвергнутые тепловой сушке, систематически демонстрируют более высокие показатели выхода как экстракта, так и целевых полифенолов по сравнению с лиофильно высушенным сырьем во всех исследованных режимах экстракции.

Выводы. Установлено, что выбор метода сушки на этапе подготовки сырья оказывает значимое влияние на эффективность экстракции, причем тепловая сушка обеспечивает более высокий выход экстракта по сравнению с лиофильной. Экспериментально подтверждено, что добавление полярных сорастворителей повышает растворимость полифенолов, при этом наибольшая эффективность среди режимов с однократным внесением достигается при использовании ацетона, однако рекомендуется использовать нетоксичный этанол. Переход от разового внесения сорастворителя к непрерывной подаче позволяет увеличить суммарный выход экстракта в 6.4 раза, содержание полифенолов в 17 раз. Предложенный подход универсален и может быть применен для экстракции широкого спектра полярных соединений; для менее полярных веществ ожидается еще более высокая эффективность.

Цели. В настоящее время при разработке лекарственных препаратов в форме назального спрея применяются методы исследования лекарственной формы, которые не позволяют в полной мере оценить поведение лекарственного средства после высвобождения из упаковки, включая его распределение, удержание и проницаемость через слизистую оболочку. Существующие in vitro модели, как правило, игнорируют ключевой фактор — взаимодействие препарата с назальной слизью, что значительно снижает их прогностическую способность и релевантность условиям in vivo. Целью данной работы являлась разработка физиологически обоснованного метода анализа, который восполняет этот методический пробел за счет использования репрезентативных составов имитированной назальной слизи для оценки ключевых параметров поведения спрея.

Методы. Водородный показатель исследуемых составов определяли потенциометрически в соответствии с требованиями Государственной Фармакопеи Российской Федерации XV издания, ОФС.1.2.3.0032, с использованием pH-метра (Эконикс-Эксперт, Россия) с электродом стеклянным ЭСК-10601 (Измерительная техника, Россия). Измерение динамической вязкости исследуемых составов проводили на ротационном вискозиметре Brookfield DV2T RV (Brookfield, США), снабженном термостатируемой измерительной ячейкой типа коаксиальных цилиндров в диапазоне температур 25–37°С. Измерение угла смачивания исследуемых составов проводили методом лежащей капли с использованием прибора Krüss EasyDrop Standard (Германия). Оценку распределения назальных спреев по модельной поверхности проводили на силиконовой модели человеческого носа (Koken Co. Ltd., Токио, Япония)

Результаты. Разработаны и охарактеризованы репрезентативные составы имитированной назальной слизи, которые достоверно воспроизводят ключевые физико-химические и реологические свойства назального секрета человека в состоянии нормы и при патологическом воспалении. Создана и апробирована экспериментальная модель, сочетающая анатомическую силиконовую модель носовой полости с нанесенным слоем имитированной назальной слизи. Показано, что разработанная модель позволяет количественно оценивать ключевые параметры, такие как распространение и зона покрытия лекарственного вещества при контакте со слизью разной вязкости. Данная модель является физиологически релевантной платформой для изучения назальных спреев при разработке лекарственной формы.

Цели. Разработать эпоксидные многокомпонентные связующие для полимерных композиционных материалов, используя взаимосвязь реологических свойств с кинетикой химической реакции отверждения эпоксидной матрицы в присутствии термопластичного модификатора. Изменение реологических свойств связующих определяется конкуренцией двух процессов: реакцией отверждения модифицированных эпоксидных олигомеров аминным отвердителем и процессом разделения фаз, что обусловлено потерей совместимости реакционноспособных компонентов системы с модификатором.

Методы. Использовали ротационную и осцилляционную реометрию в процессе отверждения. Исследованы кинетические закономерности процесса отверждения эпоксиаминных связующих на основе смеси трифункциональной и двуфункциональной эпоксидных смол, модифицированных полисульфоном.

Результаты. Экспериментально изучена зависимость вязкости от времени отверждения эпоксидного связующего при различных температурах и концентрациях полисульфона; определены времена гелеобразования и стеклования, константы нарастания вязкости и энергия активации. Показано, что в процессе отверждения происходит фазовый распад, в результате чего образуется фаза, обогащенная полисульфоном, причем время разделения фаз сокращается при повышении концентрации модификатора.

Выводы. Установлено, что введение полисульфона в состав многокомпонентного эпоксиаминного связующего приводит к повышению времени гелеобразования на 8–15 мин в зависимости от температуры отверждения и количества термопласта, что объясняется повышением вязкости связующего.