Краткая история лаборатории

Лаборатория ядерного магнитного резонанса была создана в 1971 г. Организатором и первым заведующим лабораторией по приглашению М.Г. Воронкова стал д.х.н., профессор Вадим Александрович Пестунович, известный специалист в области спектроскопии ЯМР. В этот период лаборатория провела в Иркутске три международные конференции "Спектроскопия ЯМР тяжелых ядер", сыгравшие большую роль в становлении лаборатории и укреплении ее международного сотрудничества.

На рубеже XXI века лабораторию возглавил д.х.н., профессор Леонид Борисович Кривдин. По возможности им были сохранены сформировавшиеся научные традиции, но одновременно с этим были развиты и новые для лаборатории направления. Активно разрабатывались ЯМР–ориентированные квантово-химические расчеты высокого уровня и формировались новые подходы в стереохимических исследованиях.

С 2020 года лабораторию возглавляет к.х.н. Семенов Валентин Александрович, сохранивший славные традиции лаборатории.

Кадровый состав

В состав лаборатории входит 11 сотрудников, из них 3 доктора и 6 кандидатов наук:

Области исследования

Обоснованность проводимых в лаборатории ядерного магнитного резонанса исследований диктуется научной направленностью деятельности Иркутского института химии им. А. Е. Фаворского СО РАН, связанной с развитием фундаментальных основ органического и элементоорганического синтеза высокотехнологичных, наукоемких, функциональных материалов и прекурсоров лекарственных средств и кремния. Работы, проводимые в лаборатории ядерного магнитного резонанса, базируются на комплексном использовании и развитии современных экспериментальных и теоретических методов ЯМР-спектроскопии, а сложившийся кадровый потенциал и профессиональный уровень ее сотрудников обеспечивает успех их выполнения.

Исторически в лаборатории сложились и успешно развиваются два научных направления:

1. Структурные исследования органических и элементоорганических соединений методами мультиядерной спектроскопии ЯМР.

2. Теория и химические приложения ЯМР-ориентированных квантово-химических расчетов высокого уровня.

Основные достижения

Выполнены масштабные исследования стереоэлектронного строения прекурсоров высокотехнологичных, наукоемких, функциональных материалов, а также лекарственных средств, получаемых на основе ацетилена и кремния, синтезируемых в Иркутском институте химии им. А.Е Фаворского СО РАН. Для этого использованы современные методы мультиядерной спектроскопии ЯМР и высокоточные ЯМР-ориентированные квантово-химические методы расчета высокого уровня.

Ларина Людмила Ивановна

В частности, Ларина Людмила Ивановна, доктор химических наук, ведущий научный сотрудник на протяжении многих лет занимается изучением строения органических и элементоорганических соединений методами динамической и мультиядерной спектроскопии ЯМР. Областью ее интересов является таутомерия и реакционная способность азотсодержащих гетероциклических соединений.

По результатам исследований опубликован ряд работ, в том числе и обзоров, посвященных проблемам таутомерных превращений и структурных особенностей (таутомерии и стереохимического строения) функционализированных азолов.  Их уникальные свойства и необычная биологическая активность привлекают пристальное внимание широкого круга исследователей.

Обобщены и систематизированы собственные результаты изучения таутомерных трансформаций (прототропия и силилоропия) функционализированных азолов методами динамической и мультиядерной ¹H, ¹³C, ¹⁵N, ²⁹Si спектроскопии ЯМР. Это позволило произвести «ревизию» литературных данных и провести переотнесение спектральных параметров ЯМР ряда азолов, включая и важнейшие для фармакохимии их нитропроизводные. Комплексное использование методов ЯКР, ЯМР и квантовой химии дает возможность сопоставить структурные стереодинамические особенности азольных таутомеров в твердом теле, растворе и газовой фазе и выявить доминирование отдельных таутомерных форм.

Установление строения химического соединения методом ЯМР - прорыв наших знаний в Неизвестное

Албанов Александр Иванович, старший научный сотрудник лаборатории ЯМР, кандидат химических наук, высококвалифицированный специалист в области применения спектроскопии ЯМР в органической и элементоорганической химии. Албанов А.И. непосредственно осуществляет решение аналитических и структурных задач, возникающих у сотрудников института с которыми он тесно работает (лаборатории непредельных гетероатомных соединений, халькогенорганических соединений, функциональных полимеров и элементоорганических соединений). Круг научных интересов Албанова А.И. связан с изучением методом мультиядерной спектроскопии ЯМР на ядрах ¹Н, ¹³С, ²⁹Si структурных и стереохимических особенностей органических соединений элементов IV группы (кремний, германий, олово) с нестандартным координационным числом (три, пять, шесть и семь), а также их стереодинамического поведения. А.И. Албанов занимается изучением строения соединений пентакоординированного атома кремния с внутримолекулярной связью Si←O. Кроме этого он обеспечивает выполнение аналитических ЯМР-работ по сервисному обслуживанию всех лабораторий института.

Заведующий лабораторией, к.х.н., Семенов В.А.

Семенов В.А. окончил Иркутский государственный университет в 2009 году, получил степень кандидата химических наук в 2016 году в Иркутском Институте химии им А.Е. Фаворского. Его исследовательские интересы сосредоточены на разработке теоретических подходов расчета спектральных параметров ЯМР. В частности, по результатам проведенных высокоуровневых расчетов им проанализированы факторы, влияющие на точность расчета химических сдвигов ЯМР ¹H, ¹³C и ¹⁵N сложных природных соединений, на основании чего была разработана общая методология проведения подобных расчетов и их практического использования в стереохимических исследованиях, в частности, в конформационном анализе.

На широком ряду азотсодержащих гетероциклов была показана необходимость учета эффектов сольватации при расчете констант экранирования и химических сдвигов ЯМР перечисленных выше ядер. Примером практического использования полученных результатов является разработка эффективной расчетной схемы оптимизации геометрических параметров азотсодержащих соединений и их протонированных форм. В ходе этой работы посредством теоретического анализа естественно гибридизованных орбиталей азотистых гетероциклов были определены характеристичные орбитали, оказывающие наибольшее влияние на величины смещения значений химических сдвигов ЯМР ¹⁵N при протонировании атома азота.

В настоящее время Семеновым совместно с коллегами по лаборатории активно разрабатываются когнитивно-ориентированные подходы установления структуры и конфигурационных особенностей сложных природных соединений. Формализм данной методологии, основанной на ряде статистических инструментов, включая искусственные нейросети, позволяет с высокой степенью достоверности определять стереоэлектронную структуру асимметрически-насыщенных природных соединений. Кроме того, это открывает возможности к пониманию механизма их биологического действия, в частности, для ряда сопряженных монотерпеновых индольных алкалоидов. По данной тематике в ближайшее время Семеновым В.А. планируется защита докторской диссертации.

Юрий Юрьевич Русаков и Ирина Леонидовна Русакова работают по направлению создания новых эффективных подходов к квантово-химическому моделированию спектров ЯМР соединений, содержащих тяжелые элементы.

Русаков Ю.Ю. и Русакова И.Л.

В частности, большой пласт работ затрагивает тематику ЯМР ⁷⁷Se и ¹²⁵Te, а также моделирование спектров ЯМР легких ядер (прежде всего, ¹H, ¹³C) соединений, содержащих селен и теллур. На текущий момент основным направлением этой группы является создание собственных новых базисных наборов для элементов 1-5 периодов, оптимизированных для квантово-химического расчета химических сдвигов и констант спин-спин спинового взаимодействия.

По результатам проведенных исследований:

- предложены наиболее эффективные вычислительные методики расчета химических сдвигов селена и теллура на основе всестороннего изучения различных вычислительных схем, построенных как на формализме теории возмущений Меллера-Плессета, так и на формализме функционала электронной плотности, а также на основе исследования влияния различных факторов точности расчета спектральных параметров. Установлено, что прямые релятивистские эффекты оказывают существенное влияние на химические сдвиги селена и, в особенности теллура.

- разработана эффективная методология расчета констант спин-спинового взаимодействия с участием ядер селена и теллура, основанная на формализме поляризационного пропагатора второго порядка с учетом различных типов поправок, включая и поправки на релятивистские эффекты.

- для расчета констант спин-спинового взаимодействия с участием селена, теллура и олова были созданы новые специализированные базисные наборы, acvXz-J, занесенные в мировую базу данных Basis Set Exchange Library;

- проведено систематическое исследование феномена, известного как релятивистский эффект HALA, Heavy Atom on Light Atom effect. Фактически, данный эффект заключается во влиянии релятивистских эффектов, возникающих в электронных оболочках тяжелого атома на константы экранирования легких ядер, а также на константы спин-спинового взаимодействия с участием легких ядер. Были установлены характерные величины эффекта HALA, а также была предложена теория, объясняющая наблюдаемые проявления этого эффекта.

По результатам выполненных исследований защищена одна докторская диссертация (Русаков Ю.Ю., 2022) и планируется защита еще одной докторской диссертации Русаковой И.Л.

Леонид Борисович Кривдин

Леонид Борисович Кривдин окончил Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова в 1977 году, получил степень кандидата химических наук в 1982 году в Иркутском государственном университете, после чего прошел годичную стажировку в Университете Флиндерса в Южной Австралии в группе профессора Эрнста Делла (1990–1991). Он получил степень доктора химических наук в 1989 г. и ученое звание профессора в 1993 г. Его исследовательские интересы сосредоточены на вычислении параметров спектров ЯМР, что подтверждено 400 исследовательскими публикациями в ведущих мировых химических журналах и 15 обзорами и главами в книгах. Под его научным руководством с 1989 г. по настоящее время защищено 12 кандидатских диссертаций. В настоящее время он является главным научным сотрудником лаборатории ЯМР Иркутского института химии им. А.Е. Фаворского СО РАН и заведующим кафедрой химии Ангарского государственного технического университета.

Чиркина Елена Александровна

Чиркина Елена Александровна, кандидат химических наук, ведущий инженер лаборатории занимается изучением механизмов органических реакций методами квантовой химии, поскольку часто экспериментальное изучение механизмов реакций затруднено вследствие сложного многокомпонентного состава смеси, многостадийности или высокой скорости протекания процесса.

На основании анализа проведенных квантово-химических расчетов ряда реакций нуклеофильного замещения (SN1, SN2), нуклеофильного и электрофильного присоединения получена информация о последовательности элементарных стадий, описаны для каждой их них энергетические изменения и структура всех участников реакции, охарактеризованы переходные состояния, через которые осуществляются элементарные акты при переходе от исходных веществ к продуктам реакции.

В зависимости от типа изучаемой реакции используются различные квантово-химические подходы: расчеты в газовой фазе, учет влияния растворителя в рамках модели IEFPCM или включение молекул среды в явном виде (например, система гидразингидрат с добавлением 1-3 молекул КОН).

По результатам теоретических исследований опубликована серия сообщений (порядка десяти) по теме «Квантово-химическое изучение механизмов органических реакций», в которых рассмотрены механизмы получения различных азот-, кислород-, сера-, селенсодержащих гетероциклических соединений.

Зинченко Сергей Викторович

Зинченко Сергей Викторович имеет богатый опыт в области экспериментального ЯМР природных соединений, включая установление структуры и изучение стереэлектронного строения сложных органических молекул с использованием современных многоимпульсных методик, в том числе, двумерных методов ЯМР-спектроскопии, таких как COSY, NOESY, ROESY, HMBC, HSQC, 2D-INADEQUATE.

До перехода в Иркутский институт химии СО РАН Сергей Викторович много лет проработал в лаборатории Федора Карловича Шмидта в Иркутском государственном университете, где приобрел бесценный опыт химика-синтетика и ЯМР-спектроскописта, проводя широкомасштабные исследования металлокомплексных катализаторов. Несколько лет активно работал с Л.Б. Кривдиным по разработке и использованию квантово-химических методов расчета спектральных параметров ЯМР. Имея ряд основополагающих публикаций по этой теме, немного не дотянул до защиты кандидатской диссертации, поскольку начались бурные 90-е годы, которые смели все научные планы.

В последние годы, вернувшись в родной институт, приобрел бесценный опыт работы с производственными предприятиями, выполняя ряд хоздоговорных работ с предприятиями Иркутского региона.

Сергей Викторович ведет активный и спортивный образ жизни, много времени и энергии уделяя туризму, альпинизму, лыжному и велоспорту, природе и фотографии.

Федоров Сергей Владимирович

Федоров Сергей Владимирович работает в области экспериментального ЯМР органических и элементоорганических соединений, включая установление структуры и изучение стереоэлектронного строения с использованием современных многоимпульсных методик, в том числе, двумерных методов ЯМР-спектроскопии, таких как COSY, HMBC, HSQC. Также занимается высокоуровневыми квантово-химическими расчетами параметров ЯМР (химические сдвиги и КССВ) органических и элементоорганических соединений, в том числе, ²⁹Si, ³¹P и ¹⁹F.

Сергей Владимирович – соавтор около десятка рейтинговых публикаций, посвященных факторам точности расчета химических сдвигов ЯМР широкого ряда органических и элементоорганических соединений, в том числе, в таких широкоизвестных международных журналах, как Magnetic Resonance in Chemistry, Journal of Physical Chemistry A и Journal of Fluorine Chemistry.

В Иркутский институт химии СО РАН Сергей Владимирович пришел после обучения на физическом факультете Иркутского государственного университета и уже в аспирантуре института освоил профессию ЯМР-спектроскописта, проводя исследования различных соединений. Через некоторое время после окончания аспирантуры защитил кандидатскую диссертацию и остался работать в лаборатории ЯМР.

Помимо регистрации спектров ЯМР Сергей Владимирович занимается и обслуживанием ЯМР спектрометров – заливка криогенных жидкостей (азот и гелий).

Инновационные разработки

По результатам исследований последних лет были разработаны новые эффективные базисные наборы для процедуры оптимизации геометрических параметров молекул и расчета молекулярных свойств второго порядка. Разработанные базисы продемонстрировали гораздо более высокую производительность по сравнению с другими, обычно используемыми классическими базисными наборами при масштабных расчетах констант спин-спинового взаимодействия, химических сдвигов ЯМР, а также при оптимизации пространственной геометрии органических молекул в рамках неэмпирических методов высокого уровня.

Награды

Л.Б. Кривдин - Благодарность заместителя Министра науки и высшего образования РФ (2025)

С.А. Уханев - Стипендия Президента РФ для аспирантов, проводящих научные исследования в рамках реализации приоритетов научно-технологического развития РФ (2024)

Л.И. Ларина - Почетная грамота губернатора Иркутской области (2023)

Л.И. Ларина - Почетный знак СО РАН "Серебряная сигма" (2018)

Л.Б. Кривдин - почетная грамота Президента Российской Академии наук (2017)

Л.Б. Кривдин - памятная медаль "300 лет Михаилу Васильевичу Ломоносову" (2012)

Защиты диссертаций

Русаков Ю.Ю. «Квантово-химическое изучение констант спин-спинового взаимодействия с участием ядер селена и теллура» (Иркутск, 2022). Диссертация на соискание ученой степени доктора химических наук.  

За время существования лаборатории ее сотрудниками, аспирантами и докторантами было защищено 10 докторских и 25 кандидатских диссертаций. 

Гранты

Грант РНФ № 23-23-00267 "Развитие подходов к моделированию спектральных параметров сложных природных соединений для идентификации их структуры на основе квантово-химических расчетов высокого уровня" (Руководитель – к.х.н. В.А. Семенов) – 2023-2024 гг.

Грант РФФИ № 18-03-00334 "Структурные исследования комплексных соединений платиновых металлов с аммиакатными лигандами по результатам релятивистских квантово-химических расчетов" (Научный руководитель – к.х.н. В.А. Семенов) – закончен в 2019 г.

Контракты

Лаборатория ЯМР на постоянной основе в рамках договоров с предприятиями страны проводит выполнение аналитических исследований по качественному и количественному определению структуры активных фармацевтических субстанций, композитов, материалов, полимеров и т.д.

Основные возможности лаборатории ЯМР

Лаборатория укомплектована тремя спектрометрами ЯМР с частотой 400 МГц. Приборы задействованы для решения сложных структурных задач с применением 2D-спектроскопии (COSY, NOESY, HSQC, HMBC и т.д.) на ядрах ¹Н, ¹³С, ¹⁵N. Регистрируются ¹⁹F, ²⁹Si, ³¹P, а также 1D и 2D-спектры ⁷⁷Se, ¹²⁵Te и других магнитно-активных ядер. Применение 2D-методик позволяет решить практически любую структурную задачу для химиков-органиков. Проводится измерение множества параметров спектров ЯМР, таких как химические сдвиги и константы спин-спинового взаимодействия между магнитно-активными ядрами. 

Возможно исследование диамагнитных металлокомплексов с органическими лигандами.  Во многих случаях возможно количественное накопление спектров ЯМР ¹Н и ¹³С и анализ смесей органических компонентов.

Проводится мониторинг химических реакций с определением и установлением структуры интермедиатов. 

Наши партнеры по выполнению совместных научно-исследовательских работ и договоров

ФГБУН Лимнологический институт СО РАН (г. Иркутск)

ФГБОУ ВО Ангарский государственный технический университет (г. Ангарск)

ФГБОУ ВО Иркутский национальный исследовательский технический университет (г. Иркутск)

ФГБОУ ВО Иркутский государственный университет (г. Иркутск)

ФГБУН Байкальский институт природопользования СО РАН (г. Улан-Удэ)

ФГБУН Институт геологии и природопользования ДВО РАН (г. Благовещенск)

Institute of Chemistry of Additives, Baku, Azerbaijan

Center of Interdisciplinary Research on Medicines, University of Liège, Belgium

Université Reims-Champagne-Ardenne, Reims, France

Seton Hall University, New Jersey, USA

ООО СмартСинтез (г. Иркутск)

АО Фармасинтез (г. Иркутск)

ООО БратскХимСинтез (г. Братск)

АО Усолье-Сибирский химико-фармацевтический завод (г. Усолье-Сибирское)

ООО НТЦ Интайр (г. Москва)

АО Ангарский электролизный химический комбинат (г. Ангарск)

ООО Полипласт Новомосковск (г. Новомосковск)

Избранные публикации сотрудников лаборатории

1) Krivdin L.B. Recent advances in 1D and 2D liquid-phase and solid-state NMR studies of biofuel // Renewable Energy. – 2025. – V. 243. – P. 122592 (1-30). Q1, IF: 9.7

2) Semenov V.A., Zinchenko S.V., Massiot G., Krivdin L.B. Experimental and Computational NMR Studies of Large Alkaloids Exemplified with Vindoline Trimer: Advantages and Limitations // Magn. Reson. Chem. – 2025. – V. 63 – P. 256-267. DOI: 10.1002/mrc.5502

3) Rusakov Yu.Yu., Rusakova I.L. Getaway from the geometry factor error in the molecular property calculations: efficient pecG n (n = 1, 2) basis sets for the geometry optimization of molecules containing light p elements // Journal of Chemical Theory and Computation. – 2024. – V. 20. – Iss. 15. – P. 6661-6673. DOI: 10.1021/acs.jctc.4c00772 IF: 5.7, Q1

4) Rusakov Y.Y., Rusakova I.L. New pecJ-n (n = 1, 2) Basis Sets for Selenium Atom Purposed for the Calculations of NMR Spin–Spin Coupling Constants Involving Selenium // Int. J. Mol. Sci. – 2023. – Vol. 24, 7841. DOI: 10.3390/ijms24097841. Q1, IF: 5.6

5) Krivdin L.B. An overview of Helium-3 NMR: recent developments and applications // Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy. – 2023. – V. 136-137. – P. 83-109. Q1, IF: 8.9

6) Rusakov Yu.Yu., Rusakova I.L. New efficient pecS-n (n = 1, 2) basis sets for quantum chemical calculations of 31P NMR chemical shifts // Phys. Chem. Chem. Phys. – 2023. – V. 25. – Iss. 28. – P. 18728-18741. Q1, IF: 3.3

7) Yu.Yu. Rusakov, I.L. Rusakova. An efficient method for generating property-energy consistent basis sets. New pecJ- n (n = 1, 2) basis sets for high-quality calculations of indirect nuclear spin-spin coupling constants involving 1H, 13C, 15N, and 19F nuclei // Phys. Chem. Chem. Phys. - 2021. - V. 23. - P. 14925-14939 (10.1039/D1CP01984H).

8) Semenov V.A., Krivdin L.B. Simple and Versatile Scheme for the Stereochemical Identification of Natural Products and Diverse Organic Compounds with Multiple Asymmetric Centers // J. Phys. Chem. A. – 2021. – V. 125. – P. 10359–10372. DOI: 10.1021/acs.jpca.1c08687

9) Yu. Yu. Rusakov, I. L. Rusakova, What Most Affects the Accuracy of 125Te NMR Chemical Shift Calculations // J. Phys. Chem. A. - 2020. - 124. - 33. - P. 6714–6725 (10.1021/acs.jpca.0c05780).

10) Larina L.I. Chapter One - Organosilicon azoles: Structure, silylotropy and NMR spectroscopy // Advances of Heterocyclic Chemistry. – 2021. – V. 133. – P. 1–63.

11) Krivdin L.B. Carbon-carbon spin-spin coupling constants: Practical applications of theoretical calculations // Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy. – 2018. – V. 105. – P. 54-99. Q1, IF: 8.9

12) Krivdin L.B. Calculation of 15N NMR chemical shifts: Recent advances and perspectives // Prog. NMR Spectrosc. – 2017. – V. 102-103. – P. 98–119.

13) Larina L.I. Tautomerism and Structure of Azoles: Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy // Advances of Heterocyclic Chemistry. – 2017. – V. 124. – P. 233–321.

14) Rusakov Yu.Yu., Rusakova I.L., Krivdin L.B. On the significant relativistic heavy atom effect on 13C NMR chemical shifts of β- and γ-carbons in seleno- and telluroketones // Mol. Phys. - 2017.

15) Rusakova I.L., Rusakov Yu.Yu., Krivdin L.B. First example of the correlated calculation of the one-bond tellurium-carbon spin-spin coupling constants: relativistic effects, vibrational corrections, and solvent effects // J. Comput. Chem. - 2016. - V. 37. - N. 15. - P. 1367-1372.

16) Русакова И.Л., Русаков Ю.Ю., Кривдин Л.Б. Теоретические основы релятивистских методов расчета констант спин-спинового взаимодействия в спектрах ядерного магнитного резонанса // Успехи химии. - 2016. – Т. 85. – N 4. – С 356–426.

17) Krivdin L.B., Rusakov Yu.Yu. Structural and Stereochemical Applications of Computational NMR Using 29Si-1H and 77Se-1H Indirect Spin-Spin Coupling Constants. In: Encyclopedia of Magnetic Resonance. Wiley. - London, 2014.

18) Rusakova I.L., Krivdin L.B. Karplus dependence of spin-spin coupling constants revisited theoretically. Part 1: Second-order double perturbation theory // Phys. Chem. Chem. Phys. – 2013. – V. 15. – P. 18195-18203.

19) Rusakova I.L., Krivdin L.B., Rusakov Yu.Yu., Trofimov A.B. Algebraic–diagrammatic construction polarization propagator approach to indirect nuclear spin–spin coupling constants // J. Chem. Phys. – 2012. – V. 137, N 4. – P. 044119.

20) Larina L.I., Lopyrev V.A. Nitroazoles: Synthesis, Structure and Application. Springer. - New York, 2009. – 446 p.

21) Krivdin, L.B., Contreras, R. Recent Advances in Theoretical Calculations of Indirect Spin-Spin Coupling Constants // Ann. Rep. NMR Spectr. – 2007. V. 61, N 8. – P. 133–245.