Главная – Журналы – Химия в интересах устойчивого развития 2020 номер 2

Приведен обзор материалов по химическому составу и биологической активности рода Monarda L., который представлен 20 видами, произрастающими в Северной Америке. Monarda fistulosa L., Monarda didyma L. и Monarda citriodora Cervantes ex Lag. успешно культивируются в различных регионах России. Эфирные масла монарды отличаются высоким содержанием фенолов (67-89 %). Состав их зависит от вида монарды, фазы вегетации, места произрастания, погодных условий. В условиях резко континентального климата Сибири (г. Новосибирск) в M. fistulosa образуется повышенное содержание (до 4.16 %) эфирного масла в сравнении с растениями, произрастающими в мягких условиями Крыма или Северного Кавказа. Фенольный комплекс содержит флавоноиды, антоцианы и фенолокислоты. Специфичным для видов рода является монардеин - 3-O-(6-O- транс - п -кумарил-β- D -глюкопиранозил)-5-O-(4,6-ди-O-малонил-β- D -глюкопиранозил)пеларгонидин. Эфирное масло и экстракты монарды обладают высокой бактерицидной, противовирусной, противогрибковой активностью, противовоспалительным, обезболивающим, иммуномодулирующим, антиоксидантным, радиопротекторным, противоонкологическим и другими действиями. Масляный экстракт из надземной части M. fistulosa показал антимикробную активность в отношении патогенных микроорганизмов: Staphylococcus aureus , Enterobacter cloacae , Streptococcus faecalis , Escherichia coli и др. Водно-этанольные и водные экстракты проявили высокую противовирусную активность в отношении вируса гриппа субтипов A/Aichi/2/68 (H3N2) (человека) и A/chicken/Kurgan/05/2005 (H5N1) (птиц). Экстракты монарды обладают также ярко выраженными фунгицидными свойствами. Активность масляных, водных и водно-спиртовых экстрактов M. fistulosa против дрожжеподобного гриба Candida albicans оказалась очень высокой. Тимол и тимохинон из M. fistulosa цитотоксичны против определенных клеточных линий опухолевых клеток человека. Эфирное масло из M. citriodora и его основной компонент тимол ингибируют пролиферацию раковых клеток линий HL-60, MCF-7, PC-3, A-549 и MDAMB-231. Антиоксидантным и противоопухолевым действием обладает и карвакрол. Эфирное масло используется в парфюмерно-косметической и пищевой промышленности для ароматизации вермутов, стабилизации вин, а также как натуральный ароматизатор, консервант и антиоксидант вместо синтетических пищевых добавок. Для расширения отечественного рынка сырья целесообразно выращивать монарду в культуре.

Проблемы утилизации древесных опилок и резкого дефицита органических удобрений в сельскохозяйственных угодьях актуальны для многих регионов России. Рассмотрены основные агрохимические показатели удобрения, произведенного из древесных опилок. Проведено компостирование по разработанной в Иркутском институте химии им. А. Е. Фаворского СО РАН технологии с использованием ассоциации микроорганизмов на разных типах опилок (лиственные и хвойные) в разные годы в различных регионах России. Показано, что независимо от состава субстрата, времени и места компостирования удобрение стабильно по составу и основным агрохимическим показателям. Валовое количество азота, фосфора, калия сопоставимо с высококачественными органическими субстратами типа верхового торфа, однако содержание подвижных форм основных биогенных элементов превосходит таковой, что обеспечивает эффективный рост и развитие растений в течение вегетационного периода. Готовый компост обладает высокой емкостью катионного обмена и низкой гидролитической кислотностью, что снижает вынос катионов из пахотных горизонтов. Преимуществами компоста являются близкая к нейтральной среда и отсутствие семян сорняков, фитопатогенных микроорганизмов и паразитов. Количество токсичных и опасных веществ в удобрении значительно ниже предельно допустимых концентраций, установленных для почв. Предложенная технология компостирования опилок позволяет ликвидировать многотоннажные отходы лесообрабатывающих предприятий и получить удобрение, увеличивающее урожайность сельскохозяйственных культур.

Синтезировано биодизельное топливо из пяти различных видов растительных масел (подсолнечное, горчичное, льняное, кукурузное и рыжиковое). Определены выходы целевого продукта, физико-химические и низкотемпературные свойства полученных биодизельных топлив. Исследовано влияние присадки на низкотемпературные свойства биодизеля и его смесей с нефтяным дизельным топливом. Показано, что низкотемпературная присадка для нефтяных дизельных топлив малоэффективна для улучшения низкотемпературных свойств биодизеля. Установлено, что с увеличением доли биодизельного топлива в смеси с нефтяным дизельным топливом эффективность действия низкотемпературной присадки снижается. Показана целесообразность использования биодизельного топлива в качестве смесевого компонента товарных дизельных топлив. Выработаны рекомендации по использованию смесей “биодизельное топливо/нефтяное дизельное топливо/низкотемпературная присадка” в качестве товарных дизельных топлив марок Л и Е согласно ГОСТ 305-2013 “Топливо дизельное. Технические условия”.

Проведен анализ химических и физических методов обеззараживания воды, показаны преимущества и недостатки их использования. Предложен новый подход к обработке воды на централизованных станциях водоподготовки, который состоит в обработке природной поверхностной воды как источника питьевого водоснабжения флотацией воздухом с использованием керамических мембран, коагуляцией (сульфатами или гидроксохлоридами алюминия), фильтрацией (через песчаные фильтры) для предотвращения биообрастания труб и повышения эффективности обеззараживания очищенной прозрачной воды после фильтрования, ультрафиолетовым облучением и последующим консервированием воды углекислым газом (для сдерживания роста и размножения микрофлоры в распределительной сети). Дополнительное обеззараживание воды из крана при необходимости ее использования для питьевых целей можно проводить кипячением. Это позволит полностью устранить хлорирование водопроводной воды и его негативные эффекты.

Получены и охарактеризованы с помощью элементного и технического анализа образцы нативных и модифицированных пероксидом водорода и н -бутанолом гуминовых кислот (ГК), выделенных из бурых углей. С использованием методов ¹³С ЯМР-, ИК-, ЭПР-спектроскопии показаны изменения структурных параметров и содержания парамагнитных центров (ПМЦ) модифицированных ГК. Методом фитотестирования на примере семян сортовой пшеницы “Ирень” проведена оценка биологической активности нативных и модифицированных ГК. Обнаружена тенденция к снижению биологической активности ГК при уменьшении содержания ПМЦ. Наблюдается повышение биологической активности с увеличением параметра Ф₁, отражающего соотношение гидрофильных и гидрофобных элементов структуры ГК.

Изучена реакция Манниха 6-метилурацила с сальсолидином и замещенными 1-арил-6,7-диметокси-1,2,3,4-тетрагидроизохинолинами. Использование эквимолярных количеств реагентов привело к получению новых конъюгатов - 5-(1-(арил-6,7-диметокси-1,2,3,4-тетрагидроизохинолил)-2-метил)-6-метилпиримидин-2,4(1 Н ,3 Н )-дионов с выходами 61-84 %. При изучении влияния данных конъюгатов на рост и жизнеспособность линий опухолевых клеток (HeLa, HEp-2) установлено, что образование производных тетрагидроизохинолинов с молекулой 6-метилурацила не способствует проявлению цитотоксического эффекта.

Приведены результаты систематических исследований в области синтеза простых эфиров на основе глицерина и полициклических ненасыщенных углеводородов. Реакции присоединения глицерина к циклогексену, бицикло[2.2.1]гепт-2-ену, трицикло[5.2.1.0^2,6]дека-3,8-диену, тетрацикло[4.4.1^2,5.1^7,10.0^1,6]-додец-3-ену и их алкилзамещенным производным проведены в присутствии гомогенного катализатора - эфирата трехфтористого бора (BF₃•OEt₂). Выявлено, что катализатор BF₃•OEt₂ способствует успешному превращению вышеуказанных полициклических олефинов и их алкилзамещенных производных в моноэфиры глицерина с выходами 70-87, 81 и 64-74 % соответственно. Изучено влияние различных факторов: температуры, времени проведения реакции, молярного соотношения исходных компонентов, а также количества катализатора на выход эфиров; определены оптимальные условия реакций синтеза би-, три- и тетрациклических глицеридов. Синтезированные простые эфиры могут быть использованы в качестве добавок к синтетическим маслам.

Рассмотрен комплекс медико-биологических исследований влияния 4-(гидроксиэтил)фенола ( п-тирозола, аурола) на всех стадиях жизни для групп различных животных. Для каждой из опытных групп и на каждой стадии жизни выявлено значительное снижение уровня смертности. Показано, что аурол оказывает эффективное воздействие на ранних стадиях жизни организма и в процессе его последующего развития. Аурол, проявляя антиоксидантные свойства и влияя на васкуляризацию и неоангиогенез, восстанавливает нитрергическую систему мозга, улучшает состав крови, укрепляет структуру важнейших систем организма, снижая смертность птиц в ранний период жизни. Применение аурола в птицеводстве приводит к раннему созреванию яйцеклеток в организмах кур, что увеличивает яйценоскость. В случаях прививок или болезней птиц при лечении ауролом совместно с известными антибиотиками наблюдается увеличение выживаемости птиц (90 %) в сравнении с контрольной группой без его воздействия (80 %). Нейропротекторное воздействие аурола проявляется резким сокращением числа выкидышей в процессе стрижки беременных коз. Положительный эффект применения аурола в животноводстве проявляется в повышенной жизнестойкости молодняка с опережением развития по живой массе на 5-7 % в сравнении с контрольной группой. Длительный результат его воздействия фиксируется в опытной группе животных в течение 25-30 сут после инъекций и объясняется увеличением количества гемоглобина и высокой биологической активностью сыворотки крови. Значительный экономический эффект, полученный в ходе производственных испытаний сохранения животных с использованием аурола на всех этапах их жизни, является первым примером увеличения продуктивного долголетия.

Исследовано разложение эвдиалитового концентрата методом сорбционной конверсии в растворе 2 мас. % серной кислоты. Показано, что при температуре 80 °С эвдиалит разлагается с образованием кремнегеля, а при 20 °С - кремнезоля. Эффективность поглощения сорбентом тугоплавких редких элементов при проведении процесса в режиме образования кремнезоля по сравнению с режимом образования кремнегеля возросла для циркония - с 52.5 до 89.4, гафния - с 60.1 до 89. 2, ниобия - с 7.4 до 85.1, тантала - с 0 до 67.1, титана - с 27.6 до 80 соответственно, при обеспечении высокого извлечения редкоземельных элементов (РЗЭ) - 82.9 %, в том числе РЗЭ иттриевой и средней групп - до 86-89 %. При этом основные потери ниобия, тантала, титана и РЗЭ связаны с их вхождением в состав не вскрывающегося в исследованных условиях лопарита и других акцессорных минералов. Предположено, что значительное увеличение поглощения сорбентом редких элементов IV и V групп при 20 °С (по сравнению с результатами, полученными при 80 °С) обусловлено не только образованием кремнезоля, но и уменьшением гидролиза катионов этих металлов с образованием ими несорбируемых сульфокатионитом форм. Сопоставлены особенности разложения эвдиалитового концентрата растворами азотной и серной кислот низкой концентрации. Обсуждаются причины, обеспечившие образование кремнезоля при низкотемпературном сернокислотном разложении эвдиалита. Отмечено, что исследованный метод может быть положен в основу эффективной технологии переработки эвдиалитового концентрата, так как по сравнению с традиционными кислотными методиками при его использовании в 3-5 раз снижается расход кислоты и, как следствие, количество подлежащих утилизации жидких отходов, уменьшаются эффективная удельная радиоактивность кремнеземного остатка и расход энергоресурсов.

С целью разработки методов, направленных на снижение скорости формирования асфальтосмолопарафиновых отложений при транспортировке и хранении нефти, исследовано влияние температурного фактора, полимерных присадок и магнитного поля на кинетику осадкообразования, температуру застывания и микроструктуру нефтяного осадка высокопарафинистой малосмолистой нефти. Независимо от температурных условий воздействия, ввод присадок в нефть приводит к снижению количества образующегося осадка. Максимальной ингибирующей способностью обладает присадка DP2, снижающая количество нефтяных отложений почти в 9 раз. При совместной обработке нефти магнитным полем и присадкой не происходит дополнительного снижения количества образующегося нефтяного осадка и температуры застывания.

Объективной оценкой состояния окружающей среды являются показатели здоровья человека. В Мурманской области по заболеваниям костно-мышечной системы и мочекаменной болезни выделяются города Кировск и Апатиты, а также Ловозерский район, население которых используют воду, формирующуюся в пределах гигантских щелочных массивов - Хибинского и Ловозерского, содержащих оксиды стронция, тория, бария и редкоземельных металлов. Путем физико-химического моделирования с использованием программного комплекса “Селектор” исследована система “раствор - кристаллическое вещество” с учетом условий окружающей среды и физиологических показателей организма человека. В качестве раствора использованы природные питьевые воды, желудочный сок, смесь питьевых вод и желудочного сока, в качестве кристаллического вещества - новообразованные фазы, равновесные с раствором. Исследованы химические формы миграции элементов, в том числе урана, и определены условия выпадения минеральных фаз в системе “природные воды - желудочный сок” в условиях пониженной и повышенной кислотности. Показано, что формы миграции элементов (Ni²⁺, Ba²⁺, Pb²⁺, Sr²⁺) остаются канцерогенными или токсичными при температурах и параметрах среды желудка. Предложенный подход открывает новые возможности в экологических и медико-экологических исследованиях.

Исследованы состав и морфология гидролизного лигнина, полученного из подсолнечной шелухи, до и после щелочной модификации. Изучены сорбционные свойства гидролизного лигнина по отношению к ионам Cr(VI) в статических условиях (соотношение твердая фаза/жидкая фаза = 1 : 1200, температура 20 °С) из водных растворов дихромата калия с различными начальными концентрациями ионов Cr(VI) (0.05-1.0 мг/л). Исследована кинетика сорбции, проведен анализ интегральных кинетических кривых сорбции в соответствии с моделями химической кинетики.

Представлены результаты анализа причин образования оксида азота(I) (парникового газа с СО₂-эквивалентом 310) на современных производствах неконцентрированной азотной кислоты, оценены масштабы годовой эмиссии N₂O в зависимости от условий работы конвертера аммиака и метода удаления оксидов азота NO_х. Предложена технологическая схема комплексной низкотемпературной очистки отходящих газов от NO_х и N₂O с применением V/Al катализатора селективного каталитического восстановления (СКВ) NO_х аммиаком и Сs/Co₃O₄ катализатора разложения N₂O. Проведено математическое моделирование двухслойного каталитического реактора; определены величины загрузки катализаторов СКВ NO_х и разложения N₂O, обеспечивающие экологически безопасные нормы выбросов оксидов азота.