«Иновационные методы синтеза и технологии получения функциональных неорганических и органических веществ и материалов из природного и техногенного сырья» (BR18574042)

Наименование приоритетного и специализированного научного направления. Фундаментальные и прикладные исследования.

Область и вид исследования. Научные исследования в области естественных наук. Фундаментальные и прикладные исследования в области химии.

Сроки реализации: январь 2023 года – до 01 ноября 2024 года

Цель программы: создать физико-химические основы получения отечественных экологически безопасных синтетических неорганических, органических веществ и комплексных полимерных материалов для промышленности, сельского хозяйства и медицины

Актуальность.

Научно-исследовательские работы по Программе нацелены на повышение научного потенциала неорганической, органической, полимерной, аналитической, экологической химии, химии биологически активных соединений и смежных наук, а также химической технологии. Прикладное значение программы заключается в создании новых эффективных веществ и материалов многоцелевого назначения для снижения импортозависимости по лекарственным препаратам, минеральным удобрениям и их модификаторам, эффективным каталитическим системам синтеза олефиновых углеводородов из альтернативного нефтяного сырья для производства нефтегазохимических продуктов, полимерным материалам и композитам, применяемым в технологиях восстановления загрязненных и нарушенных земель, очистке сточных промышленных вод, селективному извлечению ионов благородных и редких металлов, в конечном итоге приводящим к повышению продовольственной безопасности страны и улучшению экологической обстановки.

Ожидаемые результаты на 2023 год.

Развитие технологических основ создания методов синтеза новых полимерных, неорганических, органических веществ и материалов многоцелевого назначения для Республики Казахстан, а также научных и научно-практических основ синтеза и обоснования оптимальных параметров получения энерго-ресурсосберегающей, малоотходной технологии материалов полифункционального назначения для улучшения экологической обстановки, развития инновационных технологий комплексной переработки природного, фитосырья и техногенных отходов на высокоэффективные импортозамещающие адсорбенты, удобрения и композиционные материалы;

Достигнутые результаты за 2023 год:

-выявлены закономерности влияния природы добавки на антикоррозионные свойства дигидромонофосфата и полифосфата калия в различных средах, на процесс получения органоминеральных композиционных смесей, полученных химической модификацией гумата натрия дигидро- и ортофосфатами алюминия. Оптимизированы условия и параметры процесса получения фосфорсодержащих смесей с высокой степенью защиты металла и органоминеральных композиционных материалов;

-изучено химическое взаимодействие в трехкомпонентной водно-солевой системе диметилолмочевина – фитосоединение молибдена – вода. Установлена область кристаллизации нового двойного соединения – действующего вещества на основе ДММ и ФСМо, при мольном отношении 4:1. В модельных почвенных образцах исследовано влияние действующего вещества на численность почвенных микроорганизмов и накопление подвижных форм азота. Исследована стабильность и определены оптимальные сроки хранения препаративной формы композиции на основе 4ДММ•ФСМо в зависимости от значений рН и температуры (рН 5,4 и температуре 20оС 3 месяцев; рН 6,5 и температуре 20оС 3 месяцев, температуре 35 оС 6 месяцев; рН 7,5 и температуре 20оС 3 месяцев, температуре 35 оС 6 месяцев);

-определены оптимальные условия синтеза нового фосфорсодержащего сорбента, на основе модифицированного природного минерального сырья (вермикулит, цеолит), глицидилметакрилата и ортофосфорной кислоты при соотношении исходных компонентов (цеолит-ГМА-H3PO4, вермикулит-ГМА-H3PO4) – 1,0:1,0. Показано, что химическая стойкость катионита на основе вермикулита-ГМА-H3PO4 в агрессивных средах снижена до 4-8%. С помощью сканирующего электронного микроскопа исследовано поверхностное строение. Элементный состав катионита вермикулит-ГМА-H3PO4 содержит 16,69% углерода, 31,55% кислорода, а также обнаружены элементы Mg 4,21%, Al 4,81%, Si 16,55%, K 2,13%, Fe 13,66%;

- определены оптимальные условия синтеза модифицированного природного минерального сырья (вермикулита, цеолита) сополимерами глицидилметакрилата и ортофосфорной кислоты микроволновым методом (цеолит-ГМА-H3PO4, вермикулит-ГМА-H3PO4 – 1,0:1,0). СОЕ сорбента составила 3,92 мг-экв/г для цеолит-ГМА-H3PO4 и 3,55 мг-экв/г для вермикулит-ГМА-H3PO4 в 0,1 N растворе HCl. Установлено, что оптимальными условиями синтеза редокс-полимера на основе анионита марки Purolite A-103 и 1,4-нафтохинона является мольное соотношение 1:0,2; растворитель–этанол; катализатор–25%-й раствор аммиака, температура – 78,7 °С, время – 30 мин;

- изучено влияние способов активации на конформационные, электрохимические и сорбционные свойства ионитов Lewatit CNP LF и AВ-17-8, а также исследована эффективность и влияние взаимной активации полимеров в водной среде на сорбцию ионов скандия. Исследовна динамика сорбции ионов скандия и лютеция интерполимерной системой "Lewatit CNP LF:АВ-17-8" (X:Y). Показало, что интерполимерная система в соотношении 5:1 может найти применение в качестве эффективного сорбента ионов скандия, а в соотношении 4:2 – для сорбции ионов лютеция из водных систем;

-изучена сорбционная активность интерполимерной системы «гПАК:гП4ВП» и «КУ-2-8:гП4ВП» (X:Y) по отношению к ионам золота [AuCl4]-. Установлено, что для системы «гПАК:гП4ВП» максимальная сорбционная активность наблюдается при мольном соотношении 5:1, а в случае «КУ-2-8:гП4ВП» - при соотношение 2:4;.

- проведено научно-техническое обеспечение эффективности методов синтеза гетеро- и элементоорганических соединений при ультразвуковой и микроволной активации. Осуществлен синтез α-аминофосфонатов в трехкомпонентной «one-pot» реакции Кабачника-Филдса (выход 71-92%), а также при ультразвуковой и микроволной активации. Получены сложные эфиры 1-(2-этоксиэтил)-4-(пентин1-ил)пиперидин-4-ола взаимодействием с различными ацилирующими агентами (выход 81,6-94,9%). На основе вторичного спирта 1-(2-фенилэтил)-4-оксопиперидина исследовано ваимодействие с хлорангидридом бензойной и 3-фторбензойной кислоты, а на основе 1-(2-фенилэтил)-4-этинил-4-гидроксипиперидина с хлорангидридом 2- и 4-фторбензойной. Исследована биологическая активность гидрохлорида 1-(2-фенилэтил)-4-(м-фторбензоилокси) пиперидина (МА-5), гидрохлорида 1-(2-фенилэтил)-4-циклогексанкарбонилокипиперидина (МА-10) на антимикробную активность в опытах in vitro. Показано, что по отношению к тест-штаммам Staphylococcus aureus ATCC 6538-Р и Escherichia coli ATCC 8739, эффективность препарата МА-5 превосходит в 2 раза, а соединение МА-10 превосходит в 5 раз действие препарата сравнения ампициллина. В отношении дрожжеподобных грибов рода Candida albicans ATCC 10231 для образцов МА-5 и МА-10 минимальная фунгицидная концентрация составила 1000 мкг/мл, а в отношении Aspergillus brasiliensis ATCC 16404 минимальная бактерицидная концентрация – 125 мкг/мл. На основе О-пара-толуоил-β-(морфолин-1-ил)пропиоамидоксима получен гидрохлорид, ацетат, оксалат и цитрат. Проведенный in vitro антимикобактериальный скрининг на микобактериях M. bovis обнаружил высокую активность солей, которые имели минимальную подавляющую концентрацию МПК, равную 0,1 мкг/мл. Испытания на антимикробную активность на бактериях Staphylococcus aureus, Escherichia coli и Salmonella gallinarum показали отсутствие активности;

-исследованы каталитические системы модифицированием природного и синтетического цеолитов. Проведен синтез низших олефинов из смеси легких алканов путем их дегидрирования на катализаторе 1,0 % Rh/ZSM-5, что позволяет селективно получать низшие олефины. При оптимальных условиях суммарный выход этилена и пропилена составляет 20,4%. Изучен процесс синтеза высших олефинов каталитическим крекингом парафиновых углеводородов, при использовании в качестве катализатора системы гетерополикислота-синтетический цеолит типа ZSM-5. Максимальный выход жидких продуктов на катализаторе 10% PW12-ГПК/ZSM-5 наблюдается при температуре 550°C и составляет 53,9 %. Конверсия парафина составляет 93 %, при этом селективность по жидким продуктам крекинга достигает 58 %. При температуре 550°C, количество высших олефинов (в том числе, линейных α-олефинов) в жидкой фракции наибольшие и составляет 37,2%. Помимо них, образуются ароматические (37,7%) и нафтеновые углеводороды (9,6%), остальные алканы и изоалканы (25,5%).;

- изучена реакционная способность 1,5-ди(проп-2-инилокси)нафталина и 2,7-ди(проп-2-инилокси)нафталина в условиях реакции Манниха, синтезированы новые бис(аминобутинилокси)нафталины. Исследована реакция ацилирования дитиокарбаматов гетероциклических аминов (1H-бензо[d][1,2,3]триазола и дибензиламина), синтезированы новые производные взаимодействием с хлорангидридами 2-бром-, 4-нитро-, 2,4-дихлор-, 4-хлор- и 4-фторбензойных кислот;

-определены объекты и точки (пункты) наблюдений, перечень контролируемых параметров, периодичность измерений с использованием физико-химических методов анализа. Определено содержание углеводородов и составляющих групп органической части замазученных грунтов и нефтешлама с полигонов групповых установоки (ГУ-57). ГУ-(85), НГДУ-4 (нефтегазодобывающее управление) АО «Озенмунайгаз». Проведенs физико-химические исследования производственных отходов, компонентов ОС, с использованием массспектрометрии, газовой и жидкостной хроматографии, газоанализаторов, ИК спектрометрии, термогравиметрического анализа, атомно-абсорбционной спектрометрии, РФА анализа, а также совмещенных методов исследований.

Исследователи

Список основных публикаций и охранных документов за 2023 год:

Статьи в рецензируемых зарубежных и (или) отечественных изданиях, входящих в 1 (первый), 2 (второй) и (или) 3 (третий) квартиль по импакт-факгору в базе данных Web of Science и (или) имеющих процентиль по CiteScore в базе данных Scopus не менее 50 (пятидесяти):

1. Jumadilov T.K., Imangazy A.M., Khimersen, Kh., Haponiuk, J.T. Remote interaction effect of industrial ion exchangers on the electrochemical and sorption equilibrium in scandium sulfate solution. // Polymer Bulletin. – 2023. - https://doi.org/10.1007/s00289-023-04800-x (Scopus 71-й процентиль, WoS Q2)

2. Yu V.K., Sycheva Y.S., Kairanbayeva G.K., Dembitsky V.M., Balabekova M.K., Tokusheva A.N., Seilkhanov T.M., Zharkynbek T.Y., Balapanova A.Kh., Tassibekov Kh.S. Naphthaleneoxypropargyl-Containing Piperazine as a Regulator of Effector Immune Cell Populations upon an Aseptic Inflammation.// Molecules. – 2023. – 28. – 7023. https://doi.org/10.3390/molecules28207023 (Scopus 68-й процентиль, WoS Q2)

3. Jumadilov T., Utesheva A., Grazulevicius J., Imangazy A Selective sorption of cerium ions from uranium-containing solutions by remotely activated ion exchangers» - Polymers – 2023. - Vol 15. – P. 816. http://doi.org/10.3390/polym 15040816 (Scopus 76-й процентиль, WoS Q1)

Статьи в журналах рекомендованных КОКСНВО:

1. Джусипбеков У.Ж., Нургалиева Г.О., Баяхметова З.К. Влияние химической модификации на состав и свойства органоминеральных композиционых материалов // Химический журнал Казахстана. – 2023. - № 3.- С. 98-107 https://doi.org/10.51580/2023-3.2710-1185.31

2. Kadirbekov K.A., Chernyakova R.M., Kaiynbayeva R.A., Sultanbayeva G.Sh., Jussipbekov U.Zh., Kozhabekova N.N. Рrospects for extraction of chromium from slag ferrochrome production by acid method // Сhemical Journal of Kazakhstan. – 2023. – № 3. - С. 37-59. https://doi.org/10.51580/2023-3.2710-1185.26

3. Рамазанова Э.Н., Ұсманов С., Есеркеева Н.Н., Мячина О.В., Махмұдов Р.У., Ұсманов Х.С. Диметилолмочевина мен молибденнің фитоқосылысы негізінде қос қосылыстың синтезі және оның кейбір топырақ микроорганизмдерінің көптігіне және азоттың жиналуына әсерін зерттеу // Химический журнал Казахстана. - 2023. - №3 - С.108-117. https://doi.org/10.51580/2023-3.2710-1185.32

4. Қалдыбаева А.Б., Пралиев К.Д., Cерғазы А., Малмакова А.Е., Ю В.К. Потенциал практической применимости имидазолсодержащих производных (Oбзор)// Химический журнал Казахстана. - 2023. - № 2 (82). - С. 58-78 https://doi.org/10.51580/2023-2.2710-1185.14.

5. Мақсатова А.М., Ахметова Г.С., Пірәлиев Қ.Ж., Датхаев У.М., Омырзаков М.Т., Жумагазиева А.Б., Искакбаева Ж.А., Сейлханов Т.М. 1-(2-Фенилэтил-)-пиперидин-4-он спирттерінің күрделі эфирлері қатарынан микробқа қарсы препараттар іздеу // Фармация Казахстана. – 2023. - №2 - С.126-134. https://doi.org/10.53511/pharmkaz.2023.63.45.017

6. Sycheva E.S., Mukanova M.S. Synthesis and chemical modification of new hydroxybezaldehyde derivatives // Сhemical Journal of Kazakhstan. – 2023. - №3 – P. 127-136. https://doi.org/10.51580/2023-3.2710-1185.34

7. Иса А.Б., Бейсенбаев О.К., Кыдыралиева А.Ш., Есиркепова М.М., Тусупкалиев Е.А., Кайнарбаева Ж.Н.. Исследование модифицированного полиакриламида для вытеснения нефти // Химический журнал Казахстана. – 2023. – № 2. - С. 141-151. https://doi.org/10.51580/2023-2.2710-1185.21

Статья в рецензируемом зарубежном издании без импакт-фактора:

Нургалиева Г.О., Джусипбеков У.Ж., Баяхметова З.К. Применение гуминовых веществ для очистки жидких сред от ионов тяжелых металлов и радиоактивных элементов // Сб. статей Междунар. научно-практич. конф. «Экологическая, промышленная и энергетическая безопасность – 2023». – Севастополь, 2023. - С.208-213.

Патенты РК на полезную модель:

1. Патент на полезную модель РК№ 7682 от 23.12.2022г. Энергоаккумулирующий реагент для очистки замазученного грунта /Джусипбеков У.Ж., Фишер Д.Е., Шакирова А.К., Нургалиева Г.О., Жұмасіл Е.Ө., Дуйсенбай Д. Опубл. 23.12.2022, Бюл. 51. - 3 с.

2. Патент на полезную модель РК № 7913 от 31.03.2023г. Способ очистки нефтезагрязненного грунта /Джусипбеков У.Ж., Нургалиева Г.О., Калышбеков М.А., Баяхметова З.К., Дуйсенбай Д., Ошакбаев М.Т., Жұмасіл Е.Ө.; опубл. 31.05.23, Бюл.13. - 3 с.

3. Патент на полезную модель РК 8396 от 01.09.2023г. Заявка №2023/0675.2 от 16.06.2023. Состав для глушения скважин. / Джусипбеков У.Ж, Кайынбаева Р. А., Чернякова Р. М., Султанбаева Г.Ш., Шакирова А.К., Нуржанов Д. Д., Кожабекова Н. Н. опубл. 01.09.2023, Бюл.35. - 3 с.

4. Патент на полезную модель РК № 8257 от 14.07.2023г. Заявка №2023/0499.2 от 10.05.2023. Ацетат комплекса диметил(1-гидрокси-1-фенил-этил)фосфоната марганца (II), обладающий ростстимулирующей активностью /Жарқынбек Т.Е., Тен А.Ю., Ю В.К., Мухамадиев Н.С., Мендибаева Г.Ж., Дәулеткелді Е., Жарас А.

5. Патент на полезную модель РК, № 8259 от 14.07.2023г. Заявка № 2023/0579.2 от 29.05.2023. Соединение 1-(3-этоксипропил)-4-(гексин-1-ил)-4-пропионил-оксипиперидина в комплексе c β-циклодекстрином, обладающее ростстимулирующей активностью / Жумакова С.С., Ю В.К., Пралиев К.Д., Мухамадиев Н.С., Мендибаева Г.Ж., Дәулеткелді Е.

6. Патент на полезную модель РК № 8258 от 17.07.2023г. Заявка №2023/0577.2 от 29.05.2023 г. Соединение 4-хлорбензойного дибензилкарбамотиоевого тиоангидрида в комплексе с арабиногалактаном, обладающего ростстимулирующей активностью / Әнуарбекова И.Н., Сычева Е.С., Муканова М.С., Сарсенбаева Г.Б., Сейлханов Т.М.

Принято участие с докладами на международных и республиканских конференциях и симпозиумах.