Рецензия на дисертационния труд на докторант Диди Костадинова Налбантова „Механизъм и реактивоспособност при солволитични реакции на карбамати: теория и експеримент”

на дисертационния труд на докторант Диди Костадинова Налбантова

„Механизъм и реактивоспособност при солволитични реакции на карбамати: теория и експеримент”

представен за присъждане на образователната и научна степен доктор

по научна специалност 4. Природни науки, математика и информатика,

4.2. Химически науки (органична химия)

Рецензент: проф. дхн Венелин Георгиев Енчев

Институт по органична химия при БАН

Диди Налбантова е родена на 19 януари 1985 г. Висшето си образование завършва в Химическия факултет на Софийския университет „Свети Климент Охридски” – през 2008 г. със степен бакалавър, профил „Аналитична химия” и през 2009 г. отново бакалавър, профил „Учител по химия и информатика”. През 2010 г. се дипломира като магистър по специалността „Медицинска химия”. През същата година започва редовна докторантура по органична химия в катедра „Приложна органична химия” под ръководството на проф. дхн Соня Илиева. Има 2 публикации в престижни списания по химия.

Представеният от докторант Диди Налбантова дисертационен труд за получаване на образователната и научна степен “доктор” е написан на 118 страници, съдържа 28 фигури, 14 схеми и 13 таблици. Отделно в приложение са дадени още 4 таблици. Цитирани са 177 литературни източника. Оформянето на дисертацията оставя в мен отлично впечатление. Тя представлява теоретично и експериментално изследване на солволитични процеси при арил N-арилкарбамати и охарактеризиране на молекулната им реактивоспособност посредством теоретични и експериментални индекси.

Според мен основния принос на дисертацията е доказването на механизма на аминолиза на фенил N-фенилкарбамат. На основание на публикуваните в литературата кинетични изследвания се приема, че аминолизата на арил N-фенилкарбаматите протича по стъпков механизъм, включващ атака от амина към естерната група, което води до образуване на тетраедричен интермедиат.

В дисертацията са представени резултатите от теоретично моделиране (чрез използване на теорията на функционала на плътността) на реакционния път на аминолиза на фенил N-фенилкарбамат по трите обсъждани в литературата механизми:

1) синхронен

2) стъпков механизъм на присъединяване-елиминиране с образуване на тетраедричен интермедиат

3) механизъм на елиминиране-присъединяване с междинно образуване на изоцианат.

За разлика от доминиращия в литературата възглед е показано, че енергетично най-изгоден е механизма на елиминиране-присъединяване с междинно образуване на изоцианат. Експериментално, посредством ИЧ спектроскопия, е показано образуването на изоцианат при изследване на моделни процеси на взаимодействие на фенил N-фенилкарбамат с амини с различна базичност и нуклеофилност – n-бутиламин, диетиламин, триетиламин, триметиламин и N-метилпиролидин.

Моделиран е и теоретично базично-катализирания процес с участие на втора молекула амоняк при трите реакционни механизма тъй като експерименталната аминолиза се извършва в течна фаза с излишък от амин. Каталитичната роля на втората молекула амоняк при базично-катализираната реакция е свързана с процеса на пренос на протон. Този процес се извършва по-лесно чрез образуване на димер от две молекули амоняк, което води до намаляване на енергетичните бариери. В сравнение с некатализирания процес, при базично-катализирана реакция на аминолиза на фенил N-фенилкарбамат през изоцианат се получава значително намаляване на енергията на второто преходно състояние и оттам скоростопределящият етап за катализирания процес става образуването на фенилизоцианат, който е първият етап на изоцианатния механизъм.

Получените теоретични резултати показват, че за аминолиза на фенил N-фенилкарбамат енергетичната бариера на процеса е значително по-ниска при изоцианатния механизъм в сравнение със синхронния и стъпковия. В подкрепа на това заключение са и кинетичните експерименти на други автори.

Допълнително е направен сравнителен анализ на механизма на аминолиза на фенил N-фенилкарбамат, фенил N-метилкарбамат, метил N-фенилкарбамат и метил N-метилкарбамат. За всички разгледани съединения отново енергетично най-изгоден се оказва механизма на елиминиране-присъединяване с междинно образуване на изоцианат.

В дисертацията е разгледан процесът на алкална хидролиза на арил N-фенилкарбамати. Според литературни данни механизмът на този процес е елиминиране-присъединяване като се образува изоцианат като интермедиат. Задачата, която си е поставила дисертантката е да се изследва до каква степен процесът на алкална хидролиза на арил N-фенилкарбамати може да се опише количествено с помощта на различни молекулни параметри – Хаметови константи и теоретично определени индекси за охарактеризиране на реактивоспособността: NBO атомни заряди, заряди на Хиршфилд, атомен електростатичен потенциал и индекс на електрофилност на Парр. Анализирана е връзката между теоретично изчислените индекси на реактивоспособност и експериментално определените скоростни константи за реакцията.

От охарактеризирането на реактивоспособността на серия заместени арил N-фенилкарбамати при реакция на алкална хидролиза е направен извод, че предпочитаният механизъм на реакцията е механизъм на елиминиране-присъединяване през изоцианат и това е в съответствие с литературните данни. При метил N-арилкарбамати се наблюдава промяна на механизма от елиминиране-присъединяване в присъединяване-елиминиране в зависимост от заместителя в ароматното ядро.

В дисертацията експериментално е определена инхибиращата способност на серия арил N-фенилкарбамати и арил N-алкилкарбамати спрямо ензима бутирилхолинестераза. Това е важно тъй като през последните години се изследва интензивно ефекта на карбаматите като инхибитори на холинестеразните ензими. Определена е инхибиращата концентрация IC₅₀ спрямо ензима бутирилхолинестераза за дванадесет карбамата (седем арил N-фенилкарбамата, три арил N-циклохексилкарбамата и два арил N-етилкарбамата) и е сравнена с тази на ривастигмин и физостигмин. Показано е, че циклохексил- и етилкарбаматите са по-добри инхибитори на бутирилхолинестеразата в сравнение с фенилкарбаматите.

Резултатите, представени в дисертацията са публикувани в 2 статии. Те са в международни научни списания – Journal of Physical Organic Chemistry и Journal of Organic Chemistry. В първата от тях дисертантът е на първо място, а в другата – на второ. До сега има намерен 1 цитат на първата статия. Втората статия обаче е публикувана през 2013 г. е твърде рано да бъде цитирана. Има 4 участия на международни конгреси и симпозиуми с 3 постера и един доклад.

Теоретичното изследване на механизма на базично-катализирана аминолиза на фенил N-фенилкарбамат е проведено като е взето предвид влиянието на реакционната среда (посредством метода SCRF). Как са правени изчисленията в среда на n-бутиламин. Това еднократни изчисления в среда на n-бутиламин ли са като се използва геометрията от газова фаза или е проведена пълна оптимизация като се отчита разтворителя?

В автореферата е дадено съдържание, страниците на което съответстват на тези в дисертацията, а не на тези в автореферата.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Резултатите от изследванията, изложени в дисертацията на Диди Налбантова са публикувани в 2 научни статии във водещи международни списания, което е достатъчно добър атестат за тяхното качество.

Основния принос на дисертацията – доказването на механизма на аминолиза на фенил N-фенилкарбамат може да се характеризира като създаване на нова хипотеза.

Препоръчвам на почитаемото Жури да присъди на магистър Диди Налбантова научната и образователна степен “доктор”

13.12.2013 г. Рецензент: