На химическом отделении активно работает ведущая научная школа под руководством член-корреспондента РАН, доктора химических наук, профессора Нифантьева Эдуарда Евгеньевича.
Основателем и руководителем школы химиков-фосфороргаников, сформированной в шестидесятых годах прошлого века на кафедре органической химии МГПИ им. В.И.Ленина, является и по сей день Нифантьев Эдуард Евгеньевич — известный специалист в области фосфорорганической химии и тонкого органического синтеза, заслуженный деятель науки Российской Федерации, лауреат премии АН СССР им. А. М. Бутлерова, член-корреспондент РАН, Соросовский профессор, награжденный медалью им. Зинина Н.Н. Он является председателем секции органической химии Российского химического общества им. Д.И. Менделеева, членом научного совета РАН по органической и элементоорганической химии, членом ряда редсоветов и редколлегий, в том числе международного журнала «Phosphorus and Sulfur».
Научная школа Э.Е.Нифантьева стала формироваться в конце 1960-х гг. на химическом факультете МГУ им. М.В.Ломоносова. Основоположниками школы явились, наряду с Э.Е.Нифантьевым, и его соратники – А.П.Тусеев, И.П.Андрианова и А.И.Завалишина, а также аспиранты и студенты факультета. Через несколько лет ядро группы переместилось на химический факультет МГПИ им. В.И.Ленина. Здесь она расширилась и окрепла, включив в себя преподавателей, научных сотрудников, аспирантов и студентов кафедры органической химии. Основные направления проводимых работ довольно быстро определились как исследования эфиров кислот трехвалентного фосфора (фосфористой, фосфорноватистой, фосфинистой и фосфонистой) полиолов, включая важнейшие природные соединения – разнообразные углеводы, нуклеотиды, липиды, а в дальнейшем флавоноиды и каликсарены. Такой аспект исследований был оригинален и встречен активно работающими фосфорорганиками доброжелательно. Эта крупная научная область неуклонно привлекала к себе внимание многих химиков в связи с фундаментальностью решаемых структурных и синтетических задач и перспективами практической реализации своих достижений в медицине, сельском хозяйстве, гидрометаллургии и других прикладных сферах. Необходимо отметить, что в своих исследованиях члены школы исходили из достижений выдающихся ученых, создавших основы современной фосфорорганической химии – академиков А.Е. Арбузова, Б.А.Арбузова, М.И.Кабачника, а также профессоров А.Михаэлиса, Дж. Конанта, А. Тодда, Г. Виттига, Л. Хорнера, Я. Михальского. Первоначально указанное «собственное» конкретное направление включило в себя две базовых задачи: поиск новых методов фосфорилирования лабильных систем с использованием доступных и реакционноспособных реагентов и применение таких реагентов в фосфорилировании и циклофосфорилировании полиолов. Работы, посвященные решению этих задач, оказались плодотворными и поэтому развиваются весь период функционирования школы.
В дальнейшем были начаты оригинальные исследования, имеющие междисциплинарный характер. Их отличительной чертой должно было быть использование достижений химии трехвалентного фосфора для решения актуальных задач, которые традиционно не рассматривались химиками-фосфорорганиками. К ним были отнесены работы по дизайну фосфитов и амидофосфитов углеводов и нуклеотидов, фосфорсодержащих липидов, фосфорилированных флаваноидов, фосфорсожержащих макрогетероциклов и соотвествующих супрамолекулярных архитектур, нестандартных металлокомплексов, новых типов фосфорсодержащих высокомолекулярных соединений.
К наилучшим результатам, полученным в результате работы школы, можно отнести следующие:
- Открытие нового метода фосфорилирования гидроксильных соединений – фосфамидный метод. Метод прост и удобен в использовании. От традиционных методов он отличается отсутствием выделения в качестве побочных продуктов агрессивных соединений. Для пояснения укажем на следующее. Популярным методом фосфорилирования ранее был хлорангидридный. При его использовании выделялся хлористый водород, который может «повредить» продуктам реакции, например, вызвать изомеризацию, снять используемые защиты и т.д. Нейтрализация хлористого водорода специально добавленным в реакционную смесь третичного амина не всегда устраняет побочные процессы. Кроме того, образующийся при нейтрализации хлогидрат не всегда просто отделяется от целевого продукта. Очень важно, что была не только открыта эта реакция, но и глубоко изучен ее химизм, установилена ее катализируемость. Все это привело к созданию модификаций фосфамидного метода, каждая из которых может быть оптимальной в специфических ситуациях тонкого органического синтеза. Сегодня фосфамидный метод активно используется во многих лабораториях мира, что отражено в более чем тысяче научных статей и патентов. Особую популярность он приобрел в создании межнуклеотидной связи в синтезе нуклеиновых кислот и их производных. По-видимому, в связи с этим, известный журнал Chemical Reviews обратился к нам с предложением подготовить обзор, посвященный фосфамидному методу и опубликовал эту работу (E.E. Nifantiev, M.K. Grachev, S.Y.Burmistrov, Chem. Rev. 2000,100, 3755).
- Были разработаны методы синтеза различных типов углеводсодержащих архитектур, при построении которых происходило направленное фосфорилирование спиртовых и (или) гликозидных гидроксилов. Все эти продукты оказались высоко реакционноспособными соединениями и поэтому были введены в целую серию превращений, которые позволили получить широкую гамму аналогов природных фосфатов (фосфонатов, тиофосфатов, амидофосфатов и т.д.). Некоторые из этих соединений оказались важными биорегуляторами. Особенно плодотворным было направление цикло- и бициклофосфорилирования моносахаридов. Здесь осуществлен дизайн целой серии каркасных систем, которые демонстрировали необычность химического поведения. Укажем на то, что бициклофосфиты фураноз легко превращаются в соотвествующие бициклофосфаты и тиофосфаты, обладающие более высокой реакционной способностью, чем подобные фосфиты. Этот факт отрицает абсолютность постулата, установившегося в химии органических производных фосфора, согласно которому производные трехвалентного фосфора всегда активнее соответствующих производных пятивалентного фосфора.
- В рамках школы были начаты работы по использованию реагентов трехвалентного фосфора в дизайне природных фосфолипидов и их аналогов. Ранее в построении фосфатидов и других типов фосфолипидов в качестве исходных фосфорилирующих средств использовались лишь производные пятивалентного фосфора, главным образом хлорокись фосфора. К сожалению, с этими реагентами не всегда достигается высокая результативность синтезов, а в ряде случаев фосфорилирование дополняется побочными процессами. Существенно и другое. Упомянутый реагент часто не может обеспечить дизайн аналогов фосфолипидов. Нами были найдены эффективные синтетические схемы, основанные на использовании фосфамидов и других реагентов трехвалентного фосфора, а также генетически связанных с ними фосфоциклов. На основе этих схем было получено большое семейство природных фосфолипидов и их структурных моделей и аналогов. Такое простое решение заменило сложную процедуру фосфорилирования холина замещенными фосфорилхлоридами с последующим деблокированием фосфорного узла лиганда. Наше решение в дальнейшем широко использовалось в разных лабораториях.
Очень важно, что этап изучения фосфорилирования обычных полиолов в дальнейшем был дополнен исследованиями соответствующих превращений сложных функциональных производных полигидроксильных систем: моносахаридов, циклодекстринов, нуклеозидов, липидов, флавоноидов, каликсаренов и др. Естественно, что все полученные производные трехвалентного фосфора были введены в разнообразные превращения, сделавшие доступными новые типы сложных арихитектур, относящихся к фосфатам, фосфонатам, фосфинатам, фосфиноксидам, а также родственным тио-, селено-, иминопроизводным. Необходимо особо отметить, что в процессе упомянутых превращений осуществлялся дизайн оригинальных супрамолекулярных конструкций и выявлялись закономерности молекулярного узнавания. Большое внимание также было уделено созданию сложных координационных соединений, в том числе представляющих интерес для катализа.
В последние годы начаты работы по исследованию ранее неизвестных производных циклодекстринов, в структуру которых были введены фосфитные и фосфинитные остатки. Оказалось, что химическое поведение таких соединений существенное влияние оказывают собственные молекулярные полости. В этих полостях могут фиксироваться либо используемые реагенты, либо фрагменты собственных фосфорных функций. При этом заселенность полостей порождает неожиданные супрамолекулярные эффекты, которые резко ускоряют изучаемые процессы или выключают ожидаемые реакции.
Проблема дизайна фосфорсодержащих молекулярных полостей была развита и в направлении модификации каликс[4]резорцинаренов. Удалось показать, что эти соединения легко и эффективно циклофосфорилируются триамидами фосфористой кислоты с образованием жестких молекулярных чаш, названных фосфокавитандами. В это же время другие исследовательские группы также изучали проблему циклофосфорилирования таких же каликсаренов. Однако они использовали другие типы фосфорилирующих реагентов. Оказалось, что только нашими реагентами (амидами фосфористой кислоты) удается осуществить стереоспецифичность циклофосфорилирования и тем самым создать молекулярные чаши определенной конфигурации. С использованием метода РСА была определена полная пространственная организация этих чаш. Очень важно, что в них эндоциклические заместители у фосфора располагаются экваториально, а неподеленные электроны фосфора – аксиально. Такая геометрия новых систем позволила проводить стереонаправленную достройку нового яруса в фосфокалексареновых чашах путем окисления, сульфуризации, комплексообразования и т.д. Полученные чаши были использованы в наших и других лабораториях для создания супрамолекулярных архитектур. Вероятно, они могут быть и катализаторами стереоизбирательного действия.
Еще одним примером оригинального синтеза фосфорсодержащих макрогетероциклов явилось создание нового вида краун-эфиров. С этой целью удалось скомбинировать реакцию резорцина с триамидами фосфористой кислоты и получить системы, в молекулярном контуре которых регулярно чередуются 1,3-фениленовые радикалы и остатки амидофосфористой кислоты. Еще более интересные конструкции были получены при циклофосфорилировании дигидроксинафталинов и антраценов. В их структурах представлены молекулярные полости различных конфигураций, например, с параллельным или ступенчатым расположением ариленовых радикалов.
В последнее время уделяется большое внимание работе с природным возобновляемым сырьем (продукты переработки лесохимии) с целью получения важных биологически активных соединений (дигидрокверцетин и др. флавоноиды). Членами коллектива был разработан способ выделения важного биоантиоксиданта–флаваноида дигидроквертицин из отходов лиственницы с помощью прибора – кавитатора, который разбивает ее структуру. Дигидроквертицин используется в биологически активных добавках для лечения различных заболеваний. Особо необходимо отметиь работу по модификации дигидрокверцетина реагентами трехвалентного фосфора, выполненную впервые в мировой практике. Показана возможность селективного фосфорилирования этого флаваноида и синтезирована серия продуктов, представляющих интерес как лекарства и пищевые добавки. В настоящее время препараты изучаются в Онкологическом центре и в академии биотехнологии.
Кроме того, члены коллектива школы решают конкретные вопросы по созданию новых продуктов, представляющих практическую ценность (антикоры, смазки, бактерициды и др.). Некоторые из этих продуктов внедрены в производство, при этом решены задачи как экономического, так и экологического характера.
В школе подготовлено несколько докторов наук, которые вошли в круг широко цитируемых авторов. В настоящее время они работают на кафедре органической химии. Это профессор Предводителев Дмитрий Александрович, крупный специалист в области химии фосфолипидов, Лауреат конкурса ВХО им.Д.И. Менделеева, Лауреат конкурса «Грант Москвы» в области наук и технологий в сфере образования 2001, 2002 гг; ; Грачев Михаил Константинович, в настоящее время являющийся одним из первых в развитии химии фосфорсодержащих циклодекстринов, в 2002, 2003 и 2005 годах становился Лауреатом конкурса «Грант Москвы» в области наук и технологий в сфере образования; Коротеев Михаил Петрович – специалист в области фосфорсодержащих сахаров и флаваноидов, разработки которого по проекту «Технологии комплексной переработки лиственницы», получил гран-при в «Конкурсе русских инноваций -2005».
Большинство из аспирантов, направленных на обучение на кафедру из периферийных вузов, после защиты диссертации работают ведущими преподавателями, заведующими кафедрами, деканами, проректорами педагогических вузов России и стран СНГ.
С момента образования Российского фонда фундаментальных исследований, программы «Фундаментальные исследования высшей школы в области естественных и гуманитарных наук. Университеты России», программы Президента РФ по поддержке молодых российских ученых и ведущих научных школ по выполнению научных исследований, члены школы были и являются руководителями или исполнителями грантов по данным программам. Кроме того, члены школы курировали работы по грантам международных программам INTAS, BMBF, СRDF.
Общественное признание школы проявляется в приглашении принимать участие в деятельности сообщества химиков-фосфороргаников России и соответствующей международной корпорации. Школа имеет прочные профессиональные связи с основными по профилю научными центрами нашей страны, а также с учеными Германии, Польши, Англии, Франции, США, Китая. Члены школы принимали участие в большинстве научных конференций по фосфорорганической химии в России и в международных конференциях ИЮПАКа. Они были премированы фондами Сороса и Полторанина, получали стипендии Президента и Председателя правительства. Можно говорить, что наши научные исследования стимулировали в фосфорорганическом мире работы по дизайну фосфорсодержащих сахаров, нуклеотидных систем, фосфолипидов, стереорегулярных фосфокавитандов. Научный коллектив школы за период более 30 лет показал свою устойчивость. Существенно, что она растет и сегодня. На видных позициях школы, наряду с ветеранами, находятся люди, которые недавно были их учениками.
Школе присущи качества современных научных коллективов. Для членов данного научного коллектива важно работать в тех областях, где профессиональные знания химии трехвалентного фосфора обещают дать наибольший научный эффект и открывают перспективу практического использования полученных результатов. Стиль работы – товарищество, труд, поиск нового, надежность результатов. Школа регулярно пополняется за счет студентов нашего университета, которые рекомендуются в аспирантуру.
