НОЦ - Актуальность и научная значимость выполнения научно-исследовательской работы, решаемые задачи

В работе предусмотрено решение задачи по эффективной подготовке в рамках сформировавшихся в НОЦ «Теоретическая и экспериментальная химия» научных направлений по неорганической, координационной, супрамолекулярной и аналитической химии (основатели – Г.А. Крестов, В.П. Васильев, Б.Д. Березин) высококвалифицированных специалистов качественно нового типа, способных решать задачи современной цивилизации на уровне высоких технологий в междисциплинарных областях химической науки на основе консолидации интеллектуального потенциала профессорско-преподавательского состава Ивановского государственного химико-технологического университета и научных сотрудников Института химии растворов РАН в современном региональном НОЦ путем слияния научных исследований и образовательного процесса при взаимодействии университета и института РАН, создания непрерывной индивидуальной системы обучения в цепочке «школьник – студент – аспирант – научный сотрудник – докторант», создания условий для профессионального роста молодых специалистов.
Научная и образовательная компоненты заявленного проекта имеют устойчивую концептуальную и функциональную взаимосвязь. Научные исследования, заявляемые в проекте, охватывают современные проблемы и развиваемые в отечественных и зарубежных научных школах современные направления неорганической, координационной, супрамолекулярной и аналитической химии. Важнейшими задачами, которые будут решаться в ходе выполнения работ, являются:
1) получение принципиально новых знаний в приоритетных областях науки, активно развиваемых в настоящее время в Ивановском государственном химико-технологическом университете и Институте химии растворов РАН и получивших высокую экспертную оценку различных конкурсных программ (координационная и супрамолекулярная химия биологически активных лигандов и их структурных аналогов, направленный синтез новых веществ и материалов с заранее предсказуемыми свойствами, материалы для нужд лазерной техники, биохимии и медицины, разработка высокочувствительных тест-методов определения ионов металлов в различных средах);
2) развитие новых методологических подходов физико-химических исследований;
3) обновление существующей приборной базы исследований за счет приобретения современного научного оборудования в рамках действующих Центров коллективного пользования;
4) обеспечение исследований необходимым количеством периодической, монографической и учебной литературы;
5) расширение сотрудничества в области фундаментальных исследований с крупнейшими научными центрами России, СНГ, Европы.
Актуальность и научная значимость заявленных работ по проекту обусловлены практически полным отсутствием систематики в исследованиях координационных соединений биологически активных лигандов и их структурных аналогов как перспективных соединений с удачным сочетанием физико-химических свойств. В работе предполагается изучить широкий ряд биологически активных лигандов и их структурных аналогов: линейные олигопирролы (дипирролилметены, бис-дипирролилметены и их производные), аминокислоты, пептиды, витамины гетероциклического ряда, комплексоны и родственные соединения. Перечисленные группы лигандов и образуемые ими металлокомплексы являются перспективными соединениями для решения фундаментальных и прикладных задач современной неорганической, координационной, супрамолекулярной и аналитической химии. Так, высокая подвижность ароматической системы у дипирролилметенов и бис-дипирролилметенов и их способность к образованию устойчивых шестичленных металлоциклов вызывают несомненный интерес. Уже достаточно надежно доказано, что варьирование природы комплексообразователя в металлокомплексах дипирролилметенов является эффективным инструментом управления их спектральными, фотофизическими и другими свойствами. В этой связи разработка направленных методов синтеза и изучение свойств металлокомплексов дипирролилметенов и бис-дипирролилметенов различного строения представляет значительный научный и практический интерес, так как обеспечивает перспективу создания принципиально новых функциональных материалов для нужд лазерной техники и медицины. Практически полное отсутствие сведений о супрамолекулярных комплексах новой группы политопных лигандов – линейных олигопирролов, возможности молекулярного дизайна которых позволяют получать электронейтральные геликаты с двумя и более металлическими центрами, составляют серьезную научную проблему. До сих пор не сформулированы подходы к конструированию линейных олигопирролов с таким сочетанием хелатирующих единиц и спейсеров, которое обеспечило бы их связывание в геликате с фиксацией необходимого пространственного расположения олигопиррольной цепи относительно центров координации. Несмотря на всю сложность обозначенной проблемы, она представляется вполне решаемой в ближайшей перспективе с использованием разработанной к настоящему времени методологии дизайна и исследования физико-химических свойств линейных олигопирролов и их металлокомплексов, имеющих не более двух координационных доменов (комплексы дипирролилметенов и биладиенов). Важное направление исследований в рамках проекта составит установление закономерностей влияния состава и природы бинарных растворителей на координационные и кислотно-основные свойства витаминов гетероциклического ряда, аминокислот, пептидов и их структурных аналогов. Таким образом, будут использованы универсальные подходы на основе термодинамического описания сольватации всех участников исследуемых координационных и протолитических равновесий. Основная идея проекта заключается в изучении возможностей использования растворителя как средства управления процессами комплексообразования в системах, содержащих модельные биомолекулы.
Использование научных достижений в образовательном процессе будет способствовать повышению уровня преподавания как фундаментальных хи­мических дисциплин, так и дисциплин специальной подготовки будущих химиков-исследо­вате­лей. С этой целью в области образования будут решены следующие задачи:
создание индивидуальной системы подготовки и переподготовки специалистов, способных работать в междисциплинарных областях науки и владеющих теоретическими знаниями в области фундаментальных свойств соединений, экспериментальными методами исследования этих свойств, новейшими приемами и методами молекулярного дизайна и направленного синтеза новых соединений и материалов с заранее заданными (предсказуемыми) свойствами;
подготовка высококвалифицированных преподавателей и исследователей в приоритетных областях современной науки;
совершенствование системы отбора талантливой молодежи и довузовской подготовки школьников;
организация образовательного процесса нового типа, опирающегося на современные инновационные и информационные технологии, создание новых учебных дисциплин;
формирование долгосрочной программы морального и материального стимулирования для обеспечения непрерывного профессионального роста молодых преподавателей и исследователей;
обеспечение высокого уровня владения английским языком научными сотрудниками, аспирантами и студентами.
Для студентов и аспирантов образовательный план заявленного проекта исходит из того, что помимо базового и специального химического образования по теме проекта, реализуемого через соответствующие общие и специальные курсы и практикумы, специалисты должны иметь усиленную подготовку в необходимых смежных областях, а именно: свободное владение современными физико-химическими методами исследования, знания в области молекулярной биологии и направленного органического синтеза, умение квалифицированно использовать в своей работе методы математического моделирования и современные информационные технологии.

Реализация поставленных целей и задач в области образования и научных исследований позволит создать высокоэффективную целостную саморазвивающуюся систему подготовки высококвалифицированных специалистов в области современной неорганической, координационной, супрамолекулярной и аналитической химии, способную устойчиво функционировать после окончания финансирования по данному проекту. Кроме того, реализация проекта позволит расширить научно-культурное влияние НОЦ «Теоретическая и экспериментальная химия» и его учредителей, как минимум, на региональном и межрегиональном уровнях, развить существующие и установить новые связи с научно-образовательными центрами в стране и за рубежом, укрепить авторитет и роль НОЦ «Теоретическая и экспериментальная химия» в решении задач современной химической науки.