Руководитель: д.х.н., профессор Аяпбергенов Коялы Аяпбергенович
Основной научный интерес доктора химических наук, профессора Аяпбергенова Коялы Аяпбергеновича направлен на создание количественных методов оценки относительной реакционной способности органических соединений. Эти методы базируются на факте, свидетельствующем, что между пространственным строением молекулы и ее внешнепроявляемыми свойствами существует тесная связь.
В начале 70-х годов ХХ в. внимание К.А.Аяпбергенова привлек вопрос о разработке количественного метода, позволяющего определить, с какой стороны может происходить обрыв С-О связи в -окисном (оксирановом) кольце в зависимости от того, в какой среде (щелочной и кислой) взаимодействуют исследуемые производные окиси этилена со вторым партнером. С целью решения этой задачи использовались методы квантовой химии, давшие числовую информацию по распределению электронной плотности между атомами изучаемой молекулярной системы. В качестве индекса реакционной способности была принята электронная плотность.
Полученные молекулярные диаграммы показали, что -окисные соединения предрасположены к иному механизму. Основным критерием выступала энергия электростатического взаимодействия с атомами оксиранового кольца. Данные электронного распределения позволили оценить форму потенциальной поверхности поля, создаваемого всеми центрами атакуемой регентом молекулы. Величина смещения результирующего направления атаки реагента от линии отсчета под действием электростатического поля зарядов на атомах названа углом атаки.
Неоднократно предметом дискуссии было поведение транс- и цис-изомеров диметилэтилена. Одни авторы утверждают, что цис-изомер более реакционноспособен по сравнению с транс-изомером, а другие придерживаются противоположной позиции, т.е. транс-изомер химически активен, нежели цис-изомер. В целях разрешения данного спорного утверждения было изучено поведение указанных изомеров в реакциях, идущих по радикальному механизму. С этой целью К.А.Аяпбергеновым разработан метод, позволяющий определить вероятность столкновения реакционных центров. Как весьма важная составляющая в этой формуле фигурируют эффективный ковалентный радиус активного центра и расстояние от центра масс взаимодействующей молекулы до реакционно-активного атома в ней.
Для указанных изомеров вычислены вероятности соударения реакционных центров во взаимодействующих молекулах, которые оказались равными Wтранс=0,5 и Wцис=0,07 (стирольный радикал не учитывался, так как он для этих изомеров является общим партнером, оказывающим одинаковое влияние на развитие реакции, точнее, на рост цепи). Тогда расчетное отношение скоростей для этих изомеров дает следующее значение: Vтранс: Vцис= 0,5k: 0,07 k = 0,5:0,077, т.е. экспериментальное (6,92) и расчетное (7,00) значения почти идеально совпадают.
Испытав предсказательную силу разработанной методики на транс- и цис-изомерах дихлорэтилена, ее применили к транс- и цис-диметилэтиленам. Для транс-диметилэтилена искомая вероятность — Wтранс=0,5, а вероятность в случае с цис-изомером диметилэтилена, как показывает расчет, Wцис=0,19. Следовательно, расчетное отношение их скоростей при реакциях, идущих по радикальному механизму, равняется Vтранс: Vцис= 0,5k: 0,19 k 2,63. Значит, скорость радикальной реакции (при малой глубине сополимеризации) транс-диметилэтилена в 2,63 раза больше, чем реакция для цис-диметилэтилена. Рабочий алгоритм, разработанный К.А.Аяпбергеновым, был проверен на нескольких десятках объектов.
Многолетний опыт показывает, что методы квантовой химии не способны решить существующие в данной научной области проблемы. Бывают моменты, когда эти методы не эффективны. Такое обстоятельство возникает в основном тогда, когда исследуемые молекулы относятся к одному гомологическому ряду. Это обусловлено тем, что атомы в них, ответственные за течение реакции по данному маршруту, имеют почти одинаковые квантово-химические характеристики до третьего знака после запятой. В таких моментах существенную роль играют не квантовохимические характеристики, а пространственные параметры. К.А.Аяпбергеновым разработан метод, позволяющий определить пространственную доступность атакующего реагента в реакционную зону реакционно-активного центра (атома) другого партнера по данной реакции. Химический смысл этой величины состоит в том, что она количественно выражает вероятность проникновения реагента через препятствующие окружения к активному центру второй молекулы. Проблема пространственной доступности методически увязана с конформационным подходом к задаче об относительной реакционной способности. Этот метод также испытан на многих объектах.
К.А.Аяпбергеновым предложено расширенное уравнение скорости реакции, которое сводится к традиционному уравнению при условии, когда число исчезающих молей (в результате прямой реакции) равно числу появляющихся в результате обратной реакции молей.
Выходя за пределы химии, К.А.Аяпбергенов занимается проблемами создания источника возобновляемой энергии, в частности, создания ветродвигателя нового типа, способного обеспечить потребителей энергией в долгие безветренные дни (5–10 суток), не используя при этом известные ныне традиционные маломощные и краткосрочные способы и конструкции, аккумулирующие запасы энергии ветра: электрические аккумуляторы, тепловые аккумуляторы, гидроаккумуляторы, перекачивающие ветродвигателем громадное количество воды в высокорасположенные водоемы для последующего использования этого запаса воды для выработки электроэнергии на нижерасположенной гидроустановке, установки, разлагающие путем электролиза воду на водород и кислород, с последующим использованием водорода как горючего в разных целях, инерционный механический аккумулятор (продолжительность службы которого очень коротка) и т.д.
С целью проверки работоспособности новой ветромашины создан ее миниобразец. О кинетических (динамических) и энергетических характеристиках ветромашины нового типа, в частности, геометрических формах рабочей части, ее мощности, условиях, при которых достигается максимальная мощность, коэффициенте полезного действия и т.д., сообщено 14–20 ноября 2005 г. участникам Центрально-Азиатской международной конференции «Возобновляемая энергетика».
Создание промышленного образца нового типа сверхмощной ветромашины (ветростанции) требует финансовых вложений.
Результативность работы
По тематике исследования защищены 1 докторская и 4 кандидатские диссертации.
Публикации
По результатам проведенных исследований опубликованы две монографии, свыше 120 научных статей.
Монографии
1. Структура производных окиси этилена. — Алма-Ата: Наука, 1973.
2. Методы оценки реакционной способности органических молекул и расчета кинетических параметров. — Алма-Ата: Ғылым, 1991.
Научные статьи и тезисы докладов
1. Аяпбергенов К.А. Расчет некоторых нитрилов глицидных кислот методом Гофмана и характер межмолекулярных взаимодействий по данным ИК-спектров / К.А.Аяпбергенов, З.М.Мулдахметов, И.И.Май, Ф.И.Багаутдинов // Вопросы молекулярной спектроскопии. — Новосибирск: Наука, 1974. — С. 164–167.
2. Аяпбергенов К.А. Об оценке пространственной доступности реакционного центра / К.А.Аяпбергенов, К.А.Ахметкаримов, Ж.Е.Егинбаев, З.М.Мулдахметов. — М., 1975. — Деп. в ВИНИТИ 03.04.75, 15№975-75.
3. Аяпбергенов К.А. Зависимость скорости каталитического гидрирования кетонов от пространственной доступности индексной группы / К.С.Аяпбергенов, Д.В.Сокольский, И.В.Кирилюс, В.Л.Мирзоян // Химическая кинетика и катализ. — М.: Наука, 1979. — С. 173–175.
4. Аяпбергенов К.А. Принцип превращения наибольшей части суммарной энергии реагирующих молекул в энергию активации / К.А.Аяпбергенов, Ж.Е.Егинбаев // Материалы VII межвуз. конф. по применению вычисл. техники и матем. методов в науч. исследованиях. — Алма-Ата, 1980. — С. 203.
5. Аяпбергенов К.А. Оценка реакционной способности фосфиноксидов методом ППДП / К.А.Аяпбергенов, И.И.Май, М.Г.Финаева, В.К.Быйстро, З.М.Мулдахметов // Журн. общ. химии. — 1983. — Т. 53. — № 6. — С. 1424–1425.
6. Аяпбергенов К.А. Метод определения некоторых характеристик внутренних электронов атомов и ионов / К.А.Аяпбергенов, Ж.Е.Егинбаев, К.А.Ахметкаримов, З.М.Мулдахметов // Вестн. АН КазССР. — 1984. — № 11. — С. 58–62.
7. Аяпбергенов К.А. Расширенное уравнение скорости реакции / К.А.Аяпбергенов, Г.М.Жуманова // Каталитические реакции мономеров и полимеров. — Чебоксары, 1988. — С. 13–16.
8. Аяпбергенов К.А. Вероятность встречи реакционноактивных атомов в реагирующих молекулах // Вестн. АН КазССР. — 1989. — № 3. — С. 58–63.
9. Аяпбергенов К.А. Квантово-химические модели аммониевых ионов на полимерных матрицах / К.А.Аяпбергенов, К.Х.Джумакаев, Л.К.Абуляисова, М.Г.Финаева // Журн. физ. химии. — 1989. — Т.63 — № 9. — С. 2526–2529.
10. Аяпбергенов К.А. Теоретическая интерпретация относительной реакционной способности м-, о-, п-хлорфеноксипропоргила / К.А.Аяпбергенов, Т.С.Садыков, А.К.Карибаева, К.Б.Ержанов, М.Г.Финаева // Известия МН АН РК. Сер. хим. — 1996. — № 4.
11. Аяпбергенов К.А. Метод оптимизации металлургических процессов / К.А.Аяпбергенов, А.А.Муратбекова // Тр. Респ. науч.-практ. конф. «Теория и практика интенсификации, ресурсо-энергоснабжения в хим. технологии и металлургии». — Шымкент–Алматы, 2000.
12. Аяпбергенов К.А. Предсказание реакционной способности цис- и транс-изомеров дибромэтилена, дийодэтилена и 2-бутена / К.А.Аяпбергенов, А.А.Муратбекова // Вестн. Павлодар. ун-та. — 2001. — № 2. — С. 15–19.
13. Аяпбергенов К.А. Новый тип ветромашины // Сб. ст. Центрально-Азиатской междунар. конф. — Караганда, 2005 (на каз. яз.)
Контактная информация
100028, г. Караганда, ул. Университетская, 28,
КарГУ им. Е.А.Букетова.
8 (3212) 77–03–74
kargu_chem@ksu.kz
Достарыңызбен бөлісу: |
