Возможности и ограничения метода спиновых ловушек в исследовании свободнорадикальных стадий фотонуклеации органических соединений

Дульцева Г. Г., Дубцов С. Н., Скубневская Г. И., Дульцев Е. Н. (ИХКГ),
Володарский Л. Б., Тихонов А. Я., Мажукин Д. Г. (НИОХ), Дульцев Ф. Н. (ИФП)

Общая формулировка научной проблемы и ее актуальность

Спиновое улавливание – практически единственный метод, позволяющий устанавливать структуру и оценивать концентрацию свободных радикалов в процессах фотонуклеации. Но присутствие в системе реакционноспособных компонентов заставляет внимательнее относиться к их возможным взаимодействиям со спиновыми ловушками – органическими соединениями. Таким образом, для получения надежных результатов при помощи метода спиновых ловушек надо иметь четкое представление о реакционной способности соединений-ловушек в изучаемых системах.

Конкретная решаемая в работе задача и ее значение.

В работе получены результаты, которые позволяют уверенно применять метод спиновых ловушек для установления структуры свободных радикалов, возникающих при фотонуклеации органических соединений. Предложен теоретический подход к оценке реакционной способности спиновых ловушек, который, в сочетании с экспериментальной проверкой при помощи большого набора соединений-ловушек, дает возможность получать информацию о структурах и концентрациях короткоживущих радикалов, участвующих в фотонуклеации.

Используемый подход, его новизна и оригинальность.

Метод спиновых ловушек был нами применен для исследования фотонуклеации впервые. В качестве спиновых ловушек использовались специально синтезированные соединения, содержащих нитронную группу и разнообразные заместители. Составление большого набора ловушек позволило накопить экспериментальный материал для разработки теоретического подхода к предсказанию их реакционной способности и осуществлять экспериментальную проверку предсказаний.

Полученные результаты и их значимость.

Получены новые данные об участии короткоживущих свободных радикалов в процессах фотонуклеации органических соединений разных классов. Установленные для этих систем механизмы конверсии газ – частица важны для химии атмосферы, особенно в условиях антропогенного загрязнения.

В работе 1 описаны соединения, примененные в качестве спиновых ловушек, в работах 2-4 изучены радикальные стадии фотонуклеации формальдегида, ацетальдегида, бензальдегида, триэтиламина. В работе 5 предложен способ предсказания реакционной способности спиновых ловушек, основанный на простых расчетах полуэмпирическими методами и методом молекулярной механики.

Уровень полученных результатов в сравнении с мировым.

По результатам работы Скубневская Г.И. выступила с приглашенными докладами на Международных симпозиумах по газовой кинетике (1996, 2000). Исследования были поддержаны грантами CRDF, РФФИ, Интеграционным проектом СО РАН.

Список прилагаемых статей

1. G.G. Dultseva, G.I. Skubnevskaya, A.Ya. Tikhonov, D.G. Mazhukin, L.B. Volodarsky. Derivatives of Dihydropyrazine-1,4-Dioxide, 3-Imidazoline 3-Oxide, and r-Phenyl Nitrones with Functional Groups as New Spin Traps in Solution and in the Gas Phase // J. Phys. Chem. –1996. – Vol. 100. – P. 17523–17527.

2. Г.И. Скубневская, Г.Г. Дульцева. Идентификация свободных радикалов и аэрозольных продуктов при фотонуклеации триэтиламина и бензальдегида // Оптика атмосферы и океана. – 1997. – Т. 10, № 6. – С. 693–699.

3. Г.И. Скубневская, С.Н. Дубцов, Е.Н. Дульцев. Особенности влияния озона на кинетику фотонуклеации формальдегида и бензальдегида // Оптика атмосферы и океана. – 1997. – Т. 10, № 6. – С. 687–692.

4. С.Н. Дубцов, Е. Н. Дульцев, Г. И. Дульцева, Г. И. Скубневская. Кинетика аэрозолеобразования при фотолизе ацетальдегида // Химическая физика. – 1999. – Т. 18, № 9. – С. 16–21.

5. F.N. Dultsev, .G. Dultseva. EPR as a diagnostic tool to verify semiempirical simulation of the reactivity of nitrones as spin traps // Applied Magnetic Resonance. – 2007. – Vol. 33. – P. 731-737. DOI 10.1007 / s00723-007-0004-5.