Лаборатория физико-химических методов исследования

Заведующий лабораторией - Барановский Александр Вячеславович
доктор химических наук

тел. +375 (17) 267-83-24

 

 

 

 


О лаборатории

Лаборатория физико-химических методов исследования была создана в 1981 году на базе группы физико-химических методов исследования, которая была организована в Отделе биоорганической химии Института физико-органической химии в 1971 г., с 1974 г. в составе того же отдела - во вновь созданном Институте биоорганической химии. Основная задача группы состояла в обеспечении проводимых в Институте исследований данными инструментальных методов. Поскольку в Республике до создания ИБОХ ряд методов не был представлен, специалисты для организации и проведения исследований готовились в ведущих институтах Академии наук СССР – Институте органической химии им. Н.Д.Зелинского, Институте элементоорганических соединений им. А.Н.Несмеянова, Институте биоорганической химии им. М.М.Шемякина и Ю.А.Овчинникова. Целенаправленная работа по подготовке кадров, с одной стороны, и по обеспечению приборной базы, с другой, позволили к началу 80-х годов сформировать научный коллектив, способный решать проблемы теоретической органической химии, задачи по установлению структуры низкомолекулярных биорегуляторов и биополимеров с использованием большого арсенала современных методов исследования: элементный анализ, оптическая спектроскопия в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазоне, дисперсия оптического вращения и круговой дихроизм, спектроскопия ядерного магнитного резонанса, спектроскопия электронного парамагнитного резонанса, рентгеноструктурный метод, теоретические расчеты.

В настоящее время в лаборатории представлены следующие методы: ЯМР-, ИК-спектроскопия, масс-спектрометрия, капиллярный электрофорез. С 1981 по 2004 лабораторию возглавлял к.х.н. Н.И. Гарбуз, с 2004 д.х.н. А.В. Барановский.

Со времени создания лаборатория в сотрудничестве с научными коллективами ИБОХ, ИФОХ, ИХНМ НАН Беларуси, другими научными учреждениями страны выполняет плановые задания Государственных программ научных исследований. Сотрудниками лаборатории с использованием методов молекулярной спектроскопии и квантовой химии определены строение и конформационные свойства ряда модифицированных стероидов и гетеростероидов, нуклезидов, простаноидов, других низкомолекулярных биорегуляторов. Получены новые знания о структурных особенностях биологически активных соединений. Обнаружены закономерности изменения спектральных свойств в зависимости от характера модификации в рядах родственных соединений, что создало доказательную базу для установления структуры вновь синтезируемых новых соединений. Получены данные о строении и таутомерных свойствах β-ди- и β-трикарбонильных соединений, используемых в синтезе простагландинов и стероидов, и разработана методика разделения вкладов энергий электронного резонанса и водородного связывания в общую энергию стабилизации хелатных молекулярных систем с меж- и внутримолекулярными водородными связями.

Научные интересы коллектива в настоящее время направлены на качественный и количественный анализ природных биорегуляторов и ксенобиотиков методом ЯМР-спектроскопии высокого разрешения; анализ методами спектроскопии и хроматомасс-спектрометрии химических средств защиты растений в сельхозпродукции и объектах окружающей среды; синтез и изучение спектральных свойств 14- и 15-замещенных стероидов.

В лаборатории защищено 6 кандидатских диссертаций:
1. Борисов Е.В. (1983)
2. Курбако В.З. (1983)
3. Хрипач Н.Б. (1987)
4. Грицук В.И.(1990)
5. Громак В.В. (1996)
6. Болибрух Д.А. (2009)
1 докторская диссертация:
1. Барановский А.В. (2018)


Основные достижения за время существования лаборатории

  1. На базе лаборатории создан и эффективно функционирует центр коллективного пользования уникальным научным оборудованием, который проводит измерения не только для нужд Института, но и для других научных учреждений и промышленных предприятий Республики Беларусь.
  2. На основе изучения большой группы ди- и трикарбонильных соединений с внутримолекулярной водородной связью показана диагностическая ценность величины константы спин-спинового взаимодействия 2J (13С-ОН) для определения содержания таутомеров в растворах поликарбонильных соединений (E.V. Borisov, W. Zhang , S. Bolvig , P.E. Hansen . nJ(13C, O1H) coupling constants of intramolecularly hydrogen-bonded compounds // Magnetic Resonance in Chemistry. – 1999. – V.36, Iss.S1, P.S104-S110).
  3. Изучены превращения аддуктов Дильса-Альдера стероидных диенил ацетатов и нитроэтилена, осуществлен синтез на их основе труднодоступных азотсодержащих гетероциклических стероидов. Совокупностью спектральных методов (ЯМР, масс-спектрометрия) и рентгеноструктурного анализа доказана структура соединений и предложен возможный механизм их формирования.


Значимые публикации последних лет

1. А.V. Baranovsky, D.A. Bolibrukh, J.R. Bull. Synthesis of 3-Methoxy-14,17-etheno-16α-nitroestra-1,3,5(10)-trien-17β-yl Acetate, and Fragmentation Mediated Pathways to 14β:15β-Fused N-Heterocycles and 14β-Functionalised-alkyl Derivatives // Eur. J. Org. Chem. – 2007. - №3. – P. 445-454.
2. A.V. Baranovsky, D.A. Bolibrukh, V.A. Khripach, B. Schneider. A new approach to heterocycle-modified steroids via nitrile oxide intermediates // ARKIVOC – 2008. - №9. - Р. 29-41.
3. А.В. Барановский, М.П. Попова, В.А. Хрипач. Синтез и ростостимулирующая активность 15-замещенных брассиностероидов // Хим. Прир. Соед. – 2015. - №2. - C. 254-259.
4. A.V. Baranovsky, D.A. Bolibrukh, B. Schneider. Solvolysis of 14,17-etheno-bridged 16α-nitroestratrienyl acetate and lactam formation pathways studied by LC–NMR and LC–MS. Structures of minor products // Steroids. – 2015. - V. 104. - P. 37-48.
5. A. G Pradko, R. P Litvinovskaya, A. L Sauchuk, S. V Drach, A. V Baranovsky, V. N Zhabinskii, T. V Mirantsova, V A. Khripach A new ELISA for quantification of brassinosteroids in plants // Steroids. – 2015. - V. 97. - P. 78-86.
6. А.В. Барановский, В.Н. Бильдюкевич, М.Б. Голубева, Б.Б. Кузьмицкий, Ю.Ю. Мамчиц. Синтез 14β-цианометильных производных эстрадиола и оценка их противоопухолевой активности in vitro // Биоорганическая химия. – 2016.- Т. 42, № 1. - С. 94–103.
7. V Potkin, N. A Bumagin, A. V Kletskov, S. K Petkevich, I. A Kolesnik, A. S Lyakhov, L. S Ivashkevich, A. V Baranovsky, P. V Kurman Substituted 1-(isoxazol-3-yl)methyl-1H-1,2,3-triazoles: synthesis, palladium(II) complexes, and high-turnover catalysis in aqueous media // Tetrahedron - 2018. –V.


Сотрудничество

На договорной основе лаборатория выполняет регистрацию 1D и 2D спектров ЯМР, ИК- и масс-спектров; количественный и качественный анализ методами HPLC с УФ и масс-спектрометрическим детектированием, методами капиллярного электрофореза, ICP-MS; оказывает методическую помощь при интерпретации данных, полученных в результате измерений. Сотрудники лаборатории обладают достаточной квалификацией для анализа неизвестных веществ, их смесей и композиций методами двумерной ЯМР-спектроскопии и масс-спектрометрии с целью установления состава и химической структуры органических соединений.

ОБОРУДОВАНИЕ И ПРИБОРЫ

Конфигурация прибора позволяет проводить одномерные и двумерные эксперименты в растворах в широком диапазоне температур (-150 – 150 оС) путем детектирования большинства ядер периодической системы. По ядрам 1H и 13C возможен анализ низкомолекулярных соединений при их концентрации до порядка 0.1 мг/мл (время каждого эксперимента составит от 12 до 48 ч). В настоящее время отработаны методики регистрации одномерных и двумерных спектров ЯМР для ядер 1H, 13C, 19F, 31P, 15N, 12В. При возникновении потребности могут быть подготовлены методики для записи спектров на других ядрах. Для ядер 1H и 13C доступны следующие двумерные эксперименты:

  • Гомоядерные эксперименты:
    • СOSY45 - выявляют скалярное взаимодействие между протонами - обычно до 3 связей;
    • TOCSY - выявление изолированных спиновых систем;
    • NOESY - установление пространственной сближенности протонов, метод эффективен для установления стереохимии молекул.
  • Гетероядерные эксперименты:
    • HSQC - протон-углеродная корреляция через одну связь;
    • HMBC - протон-углеродная корреляция более чем через одну связь, метод эффективен для установления положения четвертичных атомов углерода. Методики HMBC можно использовать также для записи 2D корреляционных спектров протон-азот с естественным содержанием 15N в молекуле. Это дает возможность исследовать на спектрометре AVANCE 500 методом 15N ЯМР спектроскопии низкомолекулярные азотсодержащие соединения.

Использование ЯМР-спектрометра AVANCE-500 может эффективно помочь в решении следующих задач:

  • установление или подтверждение химического строения и пространственной структуры низкомолекулярных органических соединений как синтетических, так и природного происхождения
  • исследование структуры полимеров в растворах
  • количественный и качественный анализ лекарственных препаратов, средств защиты растений, препаратов для ветеринарии.

 

Конфигурация прибора позволяет с использованием двух типов ионизации - химической ионизации при атмосферном давлении (APCI) или ионизации в электроспрее (ESI) осуществлять:

  • аналитическое хроматографическое разделение смесей соединений и последующее детектирование их положительных и/или отрицательных ионов в диапазоне масс 50-4000 а.е. Разрешающая способность прибора в диапазоне до 2200 m/z не хуже 0,35 а.е.м.
  • полное сканирование, обеспечивающее получение всего масс-спектра в заданном диапазоне масс
  • селективный мониторинг ионов (SIM) для высокочувствительного целевого анализа компонентов
  • полное сканирование дочерних ионов МС/МС (MSn)
  • селективный мониторинг дочерних ионов (SRM).

 

Прибор может работать в двух режимах ионизации - химической ионизации при атмосферном давлении (APCI) и ионизации электрораспылением (ESI).

Основные характеристики:

  • детектирование ионов в диапазоне масс 15-2000 а.е.м. с разрешающей способностью до 0,1 а.е.м.
  • высокая чувствительность, низкие уровни пределов обнаружения и количественного определения
  • возможность работы в режимах полного сканирования, получения дочерних ионов и ионов–предшественников, селективного мониторинга ионов (SIM)
  • возможность работы в режиме детектирования заданных масс (Multi Reaction Monitoring, MRM), что позволяет количественно определять несколько веществ в низких концентрациях в сложных матрицах.

 

Прибор работает в режиме электронной ионизации (70еV).

Основные характеристики:

  • детектирование ионов в диапазоне масс 2-1050 а.е.м.
  • режим полуколичественного и количественного анализа
  • возможность работы в режиме селективного мониторинга ионов (SIM)
  • программное обеспечение содержит новейшие библиотеки масс-спектров веществ для идентификации компонентов проб.

Использование хроматомасс-спектрометров может эффективно помочь в решении следующих задач:

  • установление или подтверждение химического строения соединений как синтетических, так и природного происхождения
  • количественный и качественный анализ лекарственных препаратов, средств защиты растений, стимуляторов роста и т.д.
  • качественный и количественный анализ биологических жидкостей.

 

Прибор предназначен для элементного и изотопного анализа образцов и является современной альтернативой атомно-адсорбционным спектрометрам. Работает в двух режимах:

Режим скрининга (полуколичественный анализ) позволяет измерять концентрации большинства элементов таблицы Менделеева без предварительной калибровки на уровне нг/л. Время анализа одного образца в этом режиме составляет около 3 минут.

Режим количественного определения (с использованием калибровочных стандартов) – это одновременное измерение высоких и низких концентраций с удалением всех полиатомных интерференций при использовании гелиевой коллизионной ячейки. Широкий динамический диапазон дает правильные результаты для образцов сложного и переменного состава, что невозможно для ICP-MS-систем, использующих реакционные газы или их смеси.

ICP-MS-спектрометр может быть использован для решения следующих задач:

  • анализ объектов окружающей среды (вода, почва, отходы и др.)
  • исследование геологических образцов
  • контроль качества пищевых продуктов
  • биомедицинские исследования
  • анализ фармацевтических субстанций и готовых лекарственных форм.

 

Позволяет разделять и собирать необходимые компоненты проб под контролем диодно-матричного и масс-спектрометрического детекторов. Препаративные насосы работают в диапазоне скоростей 5-100 мл/мин Рабочий диапазон давления от 20 до 400 бар. Возможность работы в изократическом и градиентном режимах.

Характеристики квадрупольного масс-детектора: диапазон масс – от 10 до 1500 а.е.м.; разрешающая способность 0,13 а.е.м. Тип ионизации – электроспрей. Возможна работа в режимах полного сканирования и селективного мониторинга ионов (SIM).

Препаративный хроматограф используется для:

  • выделения индивидуальных продуктов синтеза (мг)
  • выделения метаболитов из биологических матриц (мг)
  • выделения и очистки от примесей основных веществ в продуктах синтеза (г)
  • выделения компонентов экстрактов и др.

 

Прибор позволяет выполнить высокоэффективный анализ заряженных частиц (ионов неорганических и органических веществ) при минимальных затратах реактивов и образцов. Основные характеристики:

Детектор:
Спектрофотометрический, с диодной матрицей. Диапазон длин волн: 190 – 600 нм; дискретность настройки: 1 нм. Источник света: дейтериевая лампа. Регистрация спектрограмм во всем диапазоне длин волн за 0,1 сек. Произвольный выбор измерительных и контрольных длин волн с настройкой на любую ширину полосы (без выхода за диапазон 190 – 600 нм).

Капилляры:
С внутренним диаметром 50, 75 и 150 микрон. Для повышения чувствительности могут использоваться запатентованные фирмой Agilent Technologies капилляры с внутренним пузырьком (в 3 раза увеличивающим длину оптического пути).

Система предназначена для:

  • анализа катионов (аммоний, калий, натрий, кальций, магний, литий, цинк и др.)
  • анализа неорганических анионов (хлорид, бромид, нитрит, нитрат, сульфат, фосфат, тиосульфат, иодид, молибдат, азид, тиоцианат, хлорат и др.)
  • анализа органических кислот (метод позволяет разделять анионы малат, сукцинат, лактат, оксалат, цитрат, пируват, ацетат, тартрат и др.)
  • анализа токсичных анионов (цианид, азид, селенат, арсенат, арсенит).

 

КОНТАКТЫ

267-83-24 - д.х.н. Барановский Александр Вячеславович (ЯМР, ИК),

267-63-80 - к.х.н. Курман Петр Владимирович (масс-спектрометрия),

267-63-80 - к.б.н. Шабуня Полина Станиславовна (капиллярный электрофорез).

© 2018 Институт биоорганической химии НАН Беларуси. Все права защищены.