ИСТИНА

Компьютерное моделирование в сочетании с экспериментом позволит выяснить механизм формирования сополимеров ВКЛ и ВИ постоянного состава при проведении реакции в массе. Будут получены данные о влиянии структурообразования и избирательной сольватации в ходе сополимеризации ВКЛ и ВИ на скорость сополимеризации в массе и структуру сополимеров. Будут определены параметры структур, формируемых сополимером ВКЛ и ВИ в селективном растворителе, в зависимости от параметров синтеза и внешней среды, и сделаны выводы об их применимости в качестве термопереключаемых катализаторов и систем направленной доставки гидрофобных лекарственных препаратов. Будут развиты методики моделирования сополимеризации частично несовместимых мономеров в смеси и сделаны выводы о необходимости детального учета различных факторов для формирования предсказаний в рамках вычислительных моделей. Результаты также будут иметь фундаментальное значение с точки зрения развития представлений о поведении амфифильных сополимеров в различных средах.

Amphiphilic thermosensitive copolymers based on N-vinylcaprolactam (VCL) and N-vinylimidazole (VI) have good biocompatibility with the living tissues and low toxicity, and their lower critical dissolution temperature lies in the physiological range. These properties make them promising candidates for creating materials that can respond to changes in body or environmental temperature. These materials can be used as catalysts for various biological and chemical reactions, as well as in medicine as thermosensitive carriers and coatings which provide targeted delivery of the drugs. Recently, using the method of free radical copolymerization in bulk without the use of a solvent, we obtained VCL and VI copolymers. The composition of the copolymers remains almost constant until the VI is completely exhausted, and then is enriched with the VCL units. Judging by preliminary data, the resulting copolymers have the potential to form thermosensitive functional nanostructures. Moreover, the method used to obtain them is relatively cheap, easily reproducible and environmentally friendly. However, the relationships controlling the synthesis of VCL and VI copolymers have not been studied at the moment, and the mechanism that leads to the constant composition of the copolymer as the VI monomer is depleted remains unclear. The latter is important for understanding how the properties of copolymers can be tuned. The identical chemical composition of the reaction mixture and the polymer makes the aim of the research extremely difficult to achieve exclusively by experimental methods. The answer to these questions is possible through complementary computational and laboratory experiments. This approach will make it possible to clarify the mechanism of copolymerization, as well as to identify the parameters of copolymers that are most promising for practical applications.

В рамках подхода МК-ЛД будут виртуально синтезированы сополимеры ВКЛ и ВИ при различных параметрах: составе реакционной смеси, степени полимеризации, конверсии сомономеров. Для полученных цепей в рамках ЛД-расчетов будут исследованы конформационное поведение и агрегативная устойчивость в селективном для звеньев ВКЛ растворителе (воде). Для одиночных глобул будут рассчитаны доступная для растворителя поверхность звеньев ВКЛ, факторы формы. Для надмолекулярных структур будут рассчитаны параметры пористости. Будет разработана и параметризована для рассматриваемой экспериментально системы ВКЛ-ВИ модель сополимеризации частично несовместимых мономеров в реакционной смеси в рамках подхода ДДЧ. Будут экспериментально синтезированы статистические сополимеры ВКЛ и ВК с различным соотношением звеньев. Полученные образцы будут исследованы методами ЯМР, ГПХ, FE-SEM, ДСР, МРР. Будет проверена применимость существующей теории радикальной сополимеризации для описания кинетики сополимеризации в рассматриваемой системе.

В 2024 г участники проекта детально исследовали сополимеризацию ВКЛ и ВИ в массе и предложили теоретическое описание реакции сополимеризации и численную модель, предсказывающие состав сополимера в предположении о постоянстве локальных концентраций сомономеров в зоне реакции до полного исчерпания одного из сомономеров в реакционной смеси [19]. Предсказания модели хорошо совпали с экспериментальными данными. Был разработан механизм переноса предсказанных кинетической моделью последовательностей в модель на основе Ланжевеновской молекулярной динамики, и проведено моделирование поведения полимеров в селективном растворителе.