Отчет о научно-исследовательской работе "Изучение химического состава и структурной организации природных и технических лигнинов: комплексный подход"

В соответствии с заявкой, в фокусе четвертого этапа (2024 г.) выполнения проекта находится применение разработанной на предыдущих этапах методологии масс-спектрометрии и спектроскопии ядерного магнитного резонанса для структурной характеризации препаратов лигнина различного происхождения. С этой целью планируется проведение исследований по трем основным направлениям. Первое направление является развитием исследований второго (2022 г) этапа проекта, посвященных решению проблем классификации лигнинов различного ботанического происхождения на основе хемометрического анализа двумерных спектров ЯМР. Планируется распространение подхода на сравнение масс-спектров высокого разрешения лигнинов (порядка 30 препаратов различного ботанического происхождения), полученных с применением фотоионизации при атмосферном давлении. Применение кластерного анализа масс-спектрометрических данных позволит классифицировать препараты биополимера, а анализ методом главных компонент позволит выявить конкретные различия в молекулярном составе исследуемых образцов. Сочетание такого подхода с аналогичными результатами исследования спектров ЯМР позволит получить наиболее полную информацию о структурных особенностях лигнинов различных растений. Второе направление исследований будет посвящено применению разработанной методологии анализа лигнинов для решения такой важной с практической точки зрения задачи, как выявление структурных особенностей лигнинов, полученных с использованием различных методов выделения из растительного сырья. В качестве объектов исследования предполагается использовать препараты лигнина, полученные из хвойной древесины по методу Пеппера (экстракция диоксаном при мягком гидролитическом воздействии), лигнин механического размола (лигнин Бъеркмана), уксуснокислотный лигнин, а также лигнин, полученный в присутствии формальдегида (защищенный формальдегидом, позволяющим избежать конденсации в процессе выделения). Для структурной характеризации исследуемых лигнинов планируется использовать сочетание методов масс-спектрометрии высокого разрешения с фотоионизацией при атмосферном давлении и двумерной спектроскопии ЯМР. Третье направление работ предусматривает развитие и завершение исследований предыдущих этапов, направленных на максимально полную структурную характеризацию ионно-жидкостных лигнинов. Планируется поиск и идентификация наиболее распространенных азотсодержащих олигомеров лигнина полученного с использованием ионных жидкостей на основе 1-бутил-3-метилимидазолия как растворителей лигноцеллюлозной биомассы. Для этого предполагается реализация хроматографического (ВЭЖХ) разделения низкомолекулярных фракций исследуемых препаратов лигнина с детектированием методом масс-спектрометрии высокого разрешения на основе орбитальной ионной ловушки. Получение масс-спектров второго поколения ионов с применением широкополосной активируемой соударениями диссоциации ионов-прекурсоров с мониторингом специфичных для фрагментов ионной жидкости ионов позволит проводить эффективное выявление потенциальных кандидатов (ионов-прекурсоров) с ковалентно связанными катионами ионной жидкости. Изучение их тандемных масс-спектров позволит предложить наиболее вероятные структуры, подтверждение которых будет проводиться методами двумерной спектроскопии ЯМР. Для представления и апробации результатов выполнения проекта планируется подготовка 2-3 докладов на всероссийских и международных конференциях и командировки 2-3 членов коллектива. В частности, планируется участие с докладами членов коллектива в работе XXII Менделеевского съезда по общей и прикладной химии, который пройдет 7-12 октября 2024 г. в г. Сочи.