- Предложен и теоретически обоснован подход к получению полимеров из мономеров ряда ДАА в некватернизованной форме, развитый в ходе систематического изучения методами квантовой химии закономерностей и механизмов элементарных реакций роста и передачи цепи на мономер с учетом среды-растворителя различной полярности. Главным его моментом является создание в полимеризационной среде подавляющего количества мономера в протонированной форме, что приводит к уменьшению конкурентной способности реакции передачи цепи и ее трансформации в эффективную передачу. Предложенный новый подход является общим и может быть применим ко всем мономерам ряда аллил- и диаллиламинов.
- В рамках предложенного общего подхода синтезированы новые мономерные системы - трифторацетатные соли вторичных и третичных диаллиламинов, разработаны методы их полимеризации под действием традиционного радикального инициатора в относительно мягких условиях.
- Впервые получены новые вторичные и третичные полидиаллиламины - полимерные соли (ПДААС) и полиоснования (ПДАА) с достаточно высокой молекулярной массой (ММ ~65000) - представители нового семейства полимеров.
- Развит применительно к радикальным реакциям катионогенных мономеров новый подход, рассматривающий влияние структуры раствора на протекание процессов с участием ионов. Впервые показано, с использованием методов СВЧ диэлектрической спектроскопии и низкочастотной электропроводности, влияние структуры и диэлектрических свойств исходного полимеризационного раствора на кинетические параметры радикальной полимеризации; показано, что наличие "свободной" воды в исходных растворах диаллиламмониевых мономеров ответственно за характер концентрационного поведения констант скорости элементарных реакций роста и передачи цепи на мономер, бимолекулярного обрыва цепи.
- Получены новые антимикробные полимеры, не имеющие аналогов среди биоцидов. Впервые показано, что замена кватернизованной аминогруппы в пирролидиниевом звене на вторичную/третичную может кардинально изменить свойства полимеров, обеспечив ПДААС высокую антимикробную биоцидную активность широкого спектра действия. Показана важная роль гидрофильных свойств и способности к образованию водородных связей в биологической активности полимеров.
1.Тимофеева Л.М., Громова Г.Л., Жук Д.С. Эффект инертного неполярного растворителя в кинетике катионной полимеризации этиленимина. // Кинетика и катализ. 1990. Т.31. №2. С.337-343.
2.Тимофеева Л.М. Полуэмпирический квантово-химический расчет модельных реакций роста в катионной полимеризации азиридина в растворе. //Химическая физика. 1991. Т.10. №10. С.1397-1404.
3.Тимофеева Л.М. Количественный учет влияния ионных ассоциаций на энергетику реакций роста в катионной полимеризации азиридина в растворе. // Химическая физика. 1991. Т.10. №12. С.1683-1686.
4.Тимофеева Л.М., Кабанова Е.Ю., Мартыненко А.И., Топчиев Д.А. Квантово-химическое исследование влияния специфической и электростатической сольватации на энергетику реакций роста в радикальной полимеризации N-винилпирролидона. // Химическая физика. 1994. Т.13. №11. С.39-45.
5.Л.М.Тимофеева, Е.Ю.Кабанова, А.И.Мартыненко, Д.А.Топчиев. Влияние растворителя на энергетику реакций роста цепи при радикальной полимеризации N-винилпирролидона. // Высокомолек.соед. А. 1996. Т.38. №6. С.933-939.
6.Д.А.Топчиев, А.И.Мартыненко, Е.Ю.Кабанова, Л.М.Тимофеева. О причине кинетических аномалий в радикальной полимеризации N-винилпирролидона. // Высокомолек.соед. А. 1997. Т.39 №7. С.1129-1139.
7.Тимофеева Л.М., Васильева Ю.А., Клещева Н.А., Топчиев Д.А. Механизм взаимодействия диаллилметиламина и его протонированной и кватернизованной форм с собственными радикалами в растворителе. //Изв. АН. Сер. хим. 1999. Т.48. №5. С. 865-872.
8.Васильева Ю.А., Клещева Н.А., Громова Г.Л., Ребров А.И., Филатова М.П., Крутько Е.Б., Тимофеева Л.М., Топчиев Д.А. Синтез высокомолекулярного полиамина при радикальной полимеризации N,N-диаллил-N-метиламина. // Изв. АН. Сер. хим. 2000. Т.49. №3. C.430-436.
9.L.M. Timofeeva, Y.A. Vasilieva, N.A. Kleshcheva, G.L. Gromova, D.A. Topchiev. Radical Polymerization of Diallylamine Compounds: from Quantum Chemical Modeling to Controllable Synthesis of High-Molecular Weight Polymers. // Int. J. Quantum. Chem. 2002. V.88. № 5. P.531-541.
10.L.M. Timofeeva, Y.A. Vasilieva, N.A. Kleshcheva, G.L. Gromova, G. I. Timofeeva, A. I. Rebrov, D.A. Topchiev. Synthesis of High-Molecular Weight Polymers Based on N,N-Diallyl-N-Methylamine. // Macromol. Chem. Phys. 2002. V.203. № 16. P.2296-2304.
11.Г.Л. Громова, Ю.А. Васильева, Н.А. Клещева , Л.М. Тимофеева, В.Г. Березкин, Д.А. Топчиев. Метод газожидкостной хроматографии в исследовании механизмов реакций полимеризации. // Ж. физ. химии. 2002. Т.76. №7. С.1277-1282.
12.Л.М. Тимофеева, Н.А. Клещева, Ю.А. Васильева, Г.Л. Громова, Г.И. Тимофеева, М.П. Филатова. Механизм и кинетические особенности процессов получения новых полимеров на основе мономеров ряда диаллиламина. // Высокомолек. соед. 2005. Т.203. №6. С.916-933.
13.Е.А. Кузьмина, О.С. Кондратьева, Н.А. Клещева, Л.М. Тимофеева, М.И. Штильман. Термофизические свойства новых синтезированных полимеров на основе диаллилметиламина. // Сборник “Успехи в химии и химической технологии”. Москва: Мин. образ. России. 2003. Т.17. №5. С.86-90.
14.Л.М. Тимофеева, Н.А. Клещева, Д.В. Логинова, А.С. Лилеев, А.К. Лященко. Влияние диэлектрических и структурных свойств растворов на полимеризационную способность мономеров ряда диаллиламмония. // ДАН, физическая химия 2006, Т.406, №6, 780-783.
15.A. Lileev, D. Loginova, A. Lyashchenko, L. Timofeeva, N. Kleshcheva. The Hydrophobic Hydration in Aqueous Solutions of Allyl-Substituted Ammonium Salts. // J.Mol.Liquids. 2007. V. 131-132. №1. P. 101-104.
16.Л.М. Тимофеева, Н.А. Клещева, Д.В. Логинова, А.С. Лилеев, А.К. Лященко. Влияние диэлектрических свойств и строения водных растворов диаллиламмониевых солей на их реакционную способность в радикальной полимеризации. // Высокомолек. соед. Сер. А 2008, Т. 50, №3, 434-445.
17.L. M. Timofeeva, N. A. Kleshcheva, A. F. Moroz, L. V. Didenko. Secondary and Tertiary Polydiallylammonium Salts: Novel Polymers with High Antimicrobial Activity. //Biomacromolecules 2009. V. 10. №11. 2976–2986.
18.L. M. Timofeeva, N. A. Kleshcheva. Antimicrobial polymers: mechanism of action, factors of activity, and applications. // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2011. V.89. No.3. P.475-492.
Патенты:
19.Л.М. Тимофеева, Н.А. Клещева. Полидиаллиламины и содержащее их дезинфицирующее средство. Патент 2272045 РФ, 20 марта 2006 (приоритет от 28.09.2004).
20.Л.М. Тимофеева, Н.А. Клещева, А.С. Капрельянц, М.О. Шлеева. Полидиаллиламмониевые соли в качестве микобактерицидного и туберкулоцидного дезинфицирующего средства. Патент 2415679 РФ, 10 апреля 2011 (приоритет от 13.10.2009).
Тезисы докладов:
21.L.M.Timofeeva, A.I.Martynenko, E.Yu.Kabanova, Yu.A.Vasilieva and D.A.Topchiev. Quantum-Chemical Study of Reactivity of Some Vinyl Monomers in Radical Polymerization Processes in Solvent. // Second International Symposium on Free Radical Polymerization: Kinetics and Mechanism, Santa Margherita Ligure, Italy. May 1996. Proceedings. Р.142-146.
22.L.M.Timofeeva, A.I.Martynenko, E.Yu.Kabanova, and D.A.Topchiev. Quantum-chemical calculations of radical additions reactions of N-vinylpyrrolidone monomer in solvent. // Fourth World Congress of Theoretically Oriented Chemists, Jerusalem, Israel. July 1996. Proceedings. Р.50.
23.L.M.Timofeeva, A.I.Martynenko, E.Yu.Kabanova, and D.A.Topchiev. Theoretical treatment of solvent influence on propagation reaction in N-vinylpyrrolidone radical polymerization. // Proceedings of the International Symposium on Macromolecules, Seoul, Korea. August 1996. P.683.
24.L.M.Timofeeva, Yu.A.Vasilieva and D.A.Topchiev. Theoretical Calculation of Propagation and Transfer Reactions in Radical Polymerization of Allylamines in Solvent. // Proceedings of the International Symposium “Computer Assistance to Chemical Research”, Moscow, Russia. December 1996. P.95-96.
25.Л.М.Тимофеева, Ю.А.Васильева, Н.А.Клещева, Д.А.Топчиев. Моделирование элементарных реакций в радикальной полимеризации диаллиламинов: реакции роста и передачи цепи на мономер. // Тезисы докладов научной конференции ИНХС РАН, Москва, ИНХС РАН. 1997. С.58.
26.Л.М.Тимофеева, Ю.А.Васильева, Н.А.Клещева, Д.А.Топчиев. Радикальная полимеризация N,N-диаллил-N-метиламина — синтез высокомолекулярного полиамина, механизм элементарных взаимодействий. // Тезисы докладов научной конференции ИНХС РАН, Москва, ИНХС РАН. 1999. С.67.
27.L.Timofeeva, Yu. Vasilieva, N. Klescheva, G. Gromova, D. Topchiev. Theoretical Aspects of Competitiveness of Propagation and Chain Transfer to Monomer Reactions in Diallylmethylamines Radical Polymerization in Solvent. // Proceedings of the 39-th International Microsymposium “Advances in Polymerization Methods: Cotrolled Synthesis of Functionalized Polymers”, Prague, Czech Republic. 12-15 July 1999. P.42.
28.Yu. Vasilieva, N. Klescheva, G. Gromova, L. Timofeeva, D. Topchiev. The Possibility of Synthesis of High Molecular Weight Polyamine in Radical Polymerization of N,N-diallyl-N-methylamine. // Proc. 39-th International microsymposium “Advances in Polymerization Methods: Cotrolled Synthesis of Functionalized Polymers”, Prague, Czech Republic. 12-15 July 1999. P.43.
29.Ю.А.Васильева, Н.А.Клещева, Л.М.Тимофеева, Д.А.Топчиев. Радикальная полимеризация N,N-диаллил-N-метиламина — возможность синтеза высокомолекулярного полиамина. // Тезисы докладов II Всероссийской конференции молодых ученых “Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии”, Саратов. Сентябрь 1999. С.177.
30.Л.М. Тимофеева Н.А. Клещева, Ю.А. Васильева, Г.Л. Громова, Г.И. Тимофеева, М.П. Филатова, С.А. Купцов, Д.А. Топчиев. Радикальная полимеризация мономеров ряда диаллиламина: от компьютерного моделирования до контролируемого синтеза высокомолекулярных полимеров. // Тезисы докладов научной конференции ИНХС РАН, Москва, ИНХС РАН. 12-14 февраля 2003. С. 22.
31.Л.М. Тимофеева, Н.А. Клещева, О.С. Кондратьева, Е.А. Кузьмина, Д.В. Логинова, А.С. Лилеев, А.К. Лященко. Исследование влияния сольватационных эффектов на кинетику радикальной полимеризации мономеров ряда диаллиламина. // Тезисы докладов научной конференции ИНХС РАН, Москва, ИНХС РАН. 12-14 февраля 2003. С.70.
32.L.M. Timofeeva, N.A. Kleshcheva, Y.A. Vasilieva, D.A. Topchiev. Synthesis of High-Molecular Weight Polymers Based on Diallylamine Compounds: Quantum Chemical Modeling, Kinetic Feature, Characteristics of Polymers. // International Polymer Congress “Europolymer 2003”, Stockholm, Sweden. June 23-27, 2003. Book of Abstracts. Oral Presentations.
33.Л.М. Тимофеева, Н.А. Клещева, Е.А. Кузьмина, О.С. Кондратьева. Новые полимеры на основе соединений диаллиламина и процессы их получения: квантово-химическое моделирование, кинетические особенности, характеристики полимеров. // Тезисы докладов III Всероссийской Каргинской конференции “Полимеры –2004”, Москва, МГУ. 2004. Т.1. С.145.
34.Е.А. Кузьмина, О.С. Кондратьева, Н.А. Клещева, Л.М. Тимофеева. Термофизические свойства новых синтезированных полиэлектролитов на основе мономеров ряда диаллиламина. // Сборник тезисов докладов и сообщений на Х Всероссийской конференции “Структура и динамика молекулярных систем”, Яльчик. 30 июня-4 июля 2003. С.165.
35.L. Timofeeva, N. Kleshcheva, D. Loginova, A. Lileev, A. Lyashchenko. Influence of dielectric and structural properties of medium on main polymerization characteristics of diallylammonium series monomers. // European Polymer Congress “Macro-2005”, Moscow. 2005. Congress Proceedings. P.221. Ref.2526.
36.A. Lileev, D. Loginova, A. Lyashchenko, L. Timofeeva, N. Kleshcheva. The hydrophobic hydration in aqueous solutions of allyl-substituted ammonium salts. // 29-th International Conference on Solution Chemistry, Portoroz, Slovenia. 2005. Book of Abstracts. P.92.
37.Л.М. Тимофеева, Н.А. Клещева, А.С. Лилеев, А.К. Лященко. Процессы получения новых вторичных и третичных полидиаллиламинов: полимеризационная способность мономеров, влияние структуры растворов. // Тезисы докладов IV Всероссийской Каргинской конференции “Наука о полимерах 21-му веку”, Москва, МГУ. 29 января-2 февраля 2007. Т.2. С.353.
38.Л.М. Тимофеева, Н.А. Клещева, А.Ф. Мороз, Л.В. Диденко. Вторичные и третичные полидиаллиламины – новые соединения с биоцидной активностью. // Тезисы докладов IV Всероссийской Каргинской конференции “Наука о полимерах 21-му веку”, Москва, МГУ. 29 января-2 февраля 2007. Т.2. С.431.
39.Timofeeva L.M., Kleshcheva N.A., Loginova D.V., Lileev A.S., Lyashchenko A.K. Effect of dielectric and structural properties of aqueous solutions on the free-radical polymerizability of cationogenic monomers. // Proceedings of X International Conference On The Problems Of Solvation And Complex Formation In Solutions, Suzdal, Russia. July 2007. V. 2. P. 5/S-549-550.
40.Л. М. Тимофеева, Н. А. Клещева, А. Ф. Мороз, Л. В. Диденко, О. А. Финогенова, Ю. А. Ермаков. Вторичные и третичные полидиаллиламины: мембранотропные свойства и биоцидная активность. // Материалы XVIII Менделеевского съезда по общей и прикладной химии, Москва. 2007. Т. 4. С. 596.
41.Л. М. Тимофеева, Н. А. Клещева, М. П. Филатова, А. С. Лилеев. Процессы получения вторичных и третичных полидиаллиламинов: квантово-химическое моделирование, кинетические особенности, характеристики полимеров. // Материалы XVIII Менделеевского съезда по общей и прикладной химии, Москва. 2007. Т. 3. С. 446.
42.A. Lileev, A. Lyashchenko, L. Timofeeva, N. Kleshcheva. Microwave dielectric properties and conductivity of aqueous solutions of polydiallylmethylammonium and diallylmethylammonium trifluoroacetates. // Proceedings Of The 5th International Conference on Broadband Dielectric Spectroscopy and Its Applications (BDS2008), Lyon, France. 2008. Hal 00264318. V.1. P.164.
43.О.А. Финогенова, Л.М. Тимофеева, Ю.А. Ермаков. Электростатические эффекты при адсорбции и десорбции поликатионов на поверхности липидных мембран разного состава. // Материалы 3-ей Международной конференции по коллоидной химии и физико-химической механике, Москва. 24-28 июня 2008. С. 29. BP06.
44.Л.М.Тимофеева, Н.А.Клещева, А.Ф.Мороз, Л.В.Диденко. Вторичные и третичные полидиаллиламины – новые полимеры с высокой антимикробной активностью. // Тезисы докладов научной конференции ИНХС РАН, посвященной 75-летию Института, Москва, ИНХС. 6-8 апреля 2009. С.55.
45.Lileev, A.; Timofeeva, L.; Lyashenko, A.; Kleshcheva, N. Dielectric relaxation and conductivity of polydiallylmethylammonium trifluoroacetate aqueous solutions. // Proceedings of the 31-st International Conference on Solution Chemistry, Innsbruck, Austria. August 21-25 2009. P.215.
46.Л.М. Тимофеева, Н.А. Клещева, А. Ф. Мороз, Л. В. Диденко. Антимикробная активность и полиэлектролитные свойства вторичных и третичных полидиаллиламинов. // Материалы Всероссийской конференции «Каргинские чтения -2010», Москва, МГУ. 21-25 июня 2010. С.150
47.А.С. Лилеев, Л.М. Тимофеева, А.К. Лященко, Н.А. Клещева. Диэлектрические свойства водных растворов вторичных – четвертичных полидиаллиламмониевых солей и их влияние на структуру воды. // Материалы Всероссийской конференции «Каргинские чтения -2010», Москва. 21-25 июня 2010. С5-233.
48.T.Y. Grankina, N.A. Klestcheva, L.M. Timofeeva, O.K.Krasilnikova. Water vapors adsorption by poly(diallylammonium) polymers. // Материалы XIV Всероссийского симпозиума с иностранными участниками «Актуальные проблемы теории адсорбции, пористости и адсорбционной селективности», Москва-Клязьма. 26-30 апреля 2010. С.161.