Соловьёв
Виталий Петрович Solov’ev Vitaly

доктор химических наук, ведущий научный сотрудник

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки

Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина Российской академии наук

(ИФХЭ РАН)

Родился

8 декабря 1953, деревня Кузьмино, Костромская область, 157941

Научная квалификация

1971—1976

Учеба в Нижегородском государственном университете им. Н. И. Лобачевского (г. Нижний Новгород) на химическом факультете, который окончил с отличием по специальности «химия» с присвоением квалификации «химик».

1977—1979

Учеба в аспирантуре в Институте общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова РАН (г. Москва).

1981

Защищена кандидатская диссертация на тему «Получение и исследование свойств ураноценов», присуждена ученая степень кандидата химических наук по специальности «физическая химия».

1997

Присвоено ученое звание старшего научного сотрудника по специальности «физическая химия» Ученым советом Института физиологически активных веществ РАН (г. Черноголовка).

2007

Защищена докторская диссертация на тему «Термодинамика супрамолекулярных комплексов краун-эфиров и их макроциклических и ациклических аналогов» в Институте физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН (г. Москва), присуждена ученая степень доктора химических наук по специальности «физическая химия».

Производственная деятельность

Работа выполняется в рамках следующих двух тем Лаборатории новых физико-химических проблем (руководитель академик А. Ю. Цивадзе): «Дизайн новых химических соединений и прогнозирование свойств веществ и материалов методами химической информатики» и «Изучение констант устойчивости супрамолекулярных комплексов, перспективных для создания новых материалов». Первая тема включает прогнозирование физических и химических свойств и биологической активности веществ, конструирование веществ с заданными свойствами, математическое моделирование структура — свойство, развитие методов машинного обучения и разработку программного обеспечения в области химической информатики. Компьютерный дизайн новых соединений, обладающих требуемыми свойствами, является центральной темой в сотрудничестве с проф. Варнеком А. (Лаборатория хемоинформатики, Университет Страсбурга, Франция). Указанное направление разрабатывалось в рамках трех международных проектов: GDRE SupraChem «Supramolecular Systems in Chemistry and Biology», ARCUS Alsace / Russie — Ukraine и Российско-французского НЦНИ-РФФИ № 09-03-93106 «Прогностические инструменты по распознаванию катионов металлов ионофорами». Вторая тема включает изучение устойчивости супрамолекулярных комплексов – комплексов с ионной (катионы металлов), водородной и галогеновой химическими связями в растворах на основе экспериментальных данных различных физико-химических методов.

Основные достижения за последние 5 лет

В профессиональной сфере:

Предложены два набора термодинамических ионных радиусов ионов лантанидов (M³⁺), полученные из анализа большого набора констант устойчивости комплексов M³⁺L и M³⁺L₂ с органическими лигандами в воде. Радиусы позволяют с хорошей точностью рассчитывать указанные константы для различных лантанидов по известным величинам констант для какого-либо лантанида (Solov’ev V., Varnek A. J. Incl. Phenom. Macrocycl. Chem., 2020, 98, no. 1-2, pp. 69-78. DOI 10.1007/s10847-020-01010-0).

На примере машинного моделирования HOMO и LUMO энергий полидентатных N-гетероциклических лигандов показана перспективность объединения квантовохимических и хемоинформационных расчетов: для ряда лигандов HOMO и LUMO энергии были вычислены квантовохимически (трудоемко и долго), затем по этим данным были построены модели структура-свойство, позволяющие предсказывать эти энергии для новых веществ (нетрудоёмко и быстро).

На основе разработанной оригинальной программы ISIDA NB, реализующей консенсусный байесовский классификатор, выполнена классификация 1890 органических лигандов (L) на слабые и сильные комплексообразователи для данного катиона металла (M) с использованием 6381 величин констант устойчивости ML комплексов лигандов с катионами 30 металлов воде, что позволяет оценивать новые лиганды (Solov’ev V., Tsivadze A. Marcou G., Varnek A. Molecular Informatics, 2019, 38, No 6. DOI 10.1002/minf.201900002).

Показана возможность конструирования лигандов для потенциометрических сенсоров методами машинного обучения с использованием оригинальных разработанных программ ISIDA QSPR, EdiSDF и EdCheS (Martynko E., Solov’ev V., Varnek A., Legin A., Kirsanov D. Electroanalysis, 2020, 32, pp. 792–798. DOI 10.1002/elan.201900648).

С использованием оригинальной программы CHEMEQUI измерены константы устойчивости 2,4,6-трис[2-(дифенилфосфорил)-4-этилфеноски]-1,3,5-триазина с катионами лития, натрия и калия в ацетонитриле. Лиганд является селективным к литию и перспективен для выделения и очистки лития (Ivanova I.S., Ilyukhin A.B., Tsebrikova G.S., Polyakova I.N., Pyatova E.N., Solov’ev V.P., Baulin V.E., Tsivadze A.Yu. Inorganica Chimica Acta, 2019, 497, 119095. DOI 10.1016/j.ica.2019.119095).

Впервые определены значения всех восьми констант диссоциации 1,4,7,10-тетраазациклододекан-1,4,7,10-тетракис(метиленфосфоновой кислоты) (DOTMP, H8L) методом потенциометрического титрования в воде с использованием оригинальной программы CHEMEQUI (Цебрикова Г.С., Барсамян Р.Т., Соловьев В.П., Кудряшова З.А., Баулин В.Е., Ван Ю., Цивадзе А.Ю. Известия Академии наук. Серия химическая, 2018, № 12, с. 2184-2187).

Разработаны новые дескрипторы – 3D субструктурные молекулярные фрагменты, позволяющие строить предсказательные модели структура-свойство для молекулярных органических форм, имещих различную пространственную структуру, таких как стереоизомеры, конформеры, супрамолекулярные и белок-лиганд комплексы.

Субструктурные молекулярные фрагменты являются достаточно универсальными дескрипторами для моделирования и предсказания физических и химических свойств, биологической активности веществ и конструирования новых соединений.

Реализована программа ISIDA NB для построения консенсусных классификационных моделей на основе метода Байеса. Для построения большого числа моделей в качестве дескрипторов использовались разнообразные субструктурные молекулярные фрагменты. Этот подход был применен для классификации разнообразных органических лигандов на слабые и сильные комплексообразователи по отношению к 30 катионам металлов в воде. Выявлены селективные лиганды к заданному катиону металла.

Выполнено систематическое исследование по моделирование и прогнозирование комплексообразующих и экстракционных свойств органических веществ (лигандов) методами химической информатики. Количественные модели структура – свойство по прогнозированию устойчивости комплексов металл – лиганд в воде построены для 42 катионов металлов: Li⁺, Na⁺, K⁺, Be²⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺, Al³⁺, Ga³⁺, In³⁺, Ag⁺, Zn²⁺, Cd²⁺, Hg²⁺, VO²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Cu²⁺, Y³⁺, La³⁺, Pb²⁺, 13 лантанидов Ln³⁺, UO₂²⁺, Th⁴⁺, NpO²⁺ и Am³⁺. Для построения моделей вовлечено более 2100 органических лигандов и 6800 констант устойчивости комплексов. По существу, изучены все типы лигандов самой большой базы данных IUPAC Stability Constants Database (IUPAC SC DB) по комплексообразованию катионов металлов в растворах. Теоретически сконструированы селективные лиганды для связывания указанных катионов. Модели для предсказания констант устойчивости комплексов некоторых катионов металлов выставлены на сайте для практического применения — предиктор FMF.

Совместно с Лабораторией хемоинформатики (руководитель проф. А. Варнек) Университета Страсбурга построены предсказательные модели структура-свойство для оценки свободной энергии (констант устойчивости) комплексов органических молекул с ионной, водородной или галогеновой связью.

Разработаны процедуры интерактивного конструирования веществ с использованием моделей структура-свойство и оригинальных химических редакторов EdChemS и EdiSDF. Редактор EdiSDF дополнен модулем раскраски атомов молекул в соответствии с вкладами молекулярных фрагментов моделей, что существенно ускоряет конструирование новых веществ с заданными свойствами.

Совместно с Лабораторией хемоинформатики (руководитель проф. А. Варнек) разработаны средства анализа конденсированных графов химических реакций для целей поиска и сопоставления химических реакций в базах данных. Конденсированные графы химических реакций позволяют строить модели и прогнозировать свойства также как для индивидуальных химических соединений.

В области повышения квалификации:
Соловьев В.П. в 2017 г. переизбран по конкурсу на замещение вакантной должности ведущего научного сотрудника.

Основные результаты исследований

Совместно с Лабораторией хемоинформатики (руководитель проф. А. Варнек) совершенствовалась информационная система ISIDA по конструированию новых соединений методами хемоинформатики, включающая базы данных, методы машинного обучения, комбинаторный модуль и химические редакторы. В методах машинного обучения для построения количественных моделей структура – свойство предложены: (а) топологические субструктурные молекулярные фрагменты (СМФ) в качестве дескрипторов, (б) алгоритмы отбора дескрипторов, (в) методы оценок области применимости моделей, (г) консенсусное моделирование для надежного предсказания физических, химических и биологических свойств.

Конструирование новых соединений методами химической информатики позволило предложить новые аза-краун-эфиры для связывания стронция, фосфорилсодержащие поданды и амиды для экcтракции урана, полиазагетероциклы для экстракционного разделения катионов Am3+ и Eu3+. Эффективные гипотетические поданды и амиды затем были синтезированы коллегами, экстракционные свойства были измерены, подтвердив высокое качество прогностических моделей.

Изучены бинарные азеотропные смеси, используемые в технологических процессах. Построены прогностические модели структура — свойство для предсказания состава и температуры кипения азеотропных смесей.

1. Выполнен прогноз свободной энергии образования комплексов «хозяин — гость» бета-циклодекстрина с органическими молекулами, включая стереоизомеры.

2. Эффективность субструктурных молекулярных фрагментов, как дескрипторов, продемонстрирована в моделировании растворимости органических веществ в воде и термодинамической устойчивости водородных и галогеновых комплексов.

3. Проведено компьютерное конструирование новых веществ, потенциально обладающих высокой активностью против СПИДа. На основе сгенерированных сфокусированных виртуальных комбинаторных библиотек предложены соединения, потенциально обладающих высокой активностью против СПИДа.

4. Выполнено моделирование коэффициентов распределения органических соединений кровь/воздух и ткань/воздух человека и крысы.

5. Получены прогностические модели скорости проникновения органических веществ через кожу человека, коэффициента распределения кровь/мозг лекарственных молекул.

Соловьев В.П. является разработчиком и соавтором нескольких профессиональных компьютерных программ, достаточно широко используемых в отечественных и зарубежных научных учреждениях:

1. Программа ChemEqui по расчету констант химических равновесий из экспериментальных данных различных физико-химических методов;

2. Экспертная система машинного обучения ISIDA_QSPR, строящая прогностические регрессионные модели структура—свойство с использованием субструктурных молекулярных фрагментов в качестве дескрипторов;

3. Химические редакторы EdChemS и EdiSDF с модулями структурного и подструктурного поиска веществ в базах данных.

Редакторы EdChemS и EdiSDF вошли в состав международной базы данных IUPAC SC DB по константам устойчивости комплексов металлов в растворах. Экспертная система ISIDA/QSPR, редакторы EdChemS и EdiSDF с модулем CombiLib по генерации комбинаторных библиотек вошли в состав российско-французской информационной системы ISIDA по конструированию новых веществ.

Завершенная производственная деятельность

Основными результатами завершенных фундаментальных исследований являются:

1. Закономерности влияния строения макроциклических лигандов на устойчивость их комплексов с катионами металлов и аммония в растворах.

2. Развитие полуэмпирических подходов по надежной оценке устойчивости водородных комплексов в растворах.

3. Закономерности влияния органических растворителей на устойчивость комплексов макроциклических лигандов в растворах.

4. Развитие математических методов и компьютерных программ для моделирования химических равновесий в растворах для расчета констант равновесий на основе экспериментальных данных физико-химических методов.

В 1971—1976 гг. Соловьев В. П. участвовал в научных исследованиях, проводимых в Нижегородском государственном университете им. Н. И. Лобачевского и Институте химии при университете. Эти исследования касались изучения металлоорганических соединений методам газовой хроматографии, металлополимеров и пластифицированных полимеров методами электронной микроскопии и калориметрии.

В 1977—1979 гг. в аспирантуре в Института общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова РАН разрабатывал методы получения ураноценов, — металлорганических соединений урана, — и изучал их физико-химические свойства с целью получения высоко чистого урана и его соединений.

В 1980 – 1982 гг. в Институте новых химических проблем АН СССР (г. Черноголовка) изучал термодинамику соединений редких и рассеянных элементов.

В 1982 – 2004 гг в Институте физиологически активных веществ РАН (г. Черноголовка) проводил фундаментальные и прикладные исследования в области химической термодинамики комплексообразования. Основные результаты получены в области химической термодинамики комплексообразования катионов металлов с макроциклическими лигандами и их аналогами в растворах и в области изучения термодинамики водородной связи.

Научные публикации

В. П. Соловьев соавтор более 200 печатных научных работ, включая 104 статьи, 1 книгу, 3 изобретения и более 95 тезисов докладов отечественных и международных конференций. За последние 3 года опубликовано 12 статей в высоко рейтинговых и рецензируемых научных журналах, выполнен устный приглашенный доклад на международной конференции, опубликована глава в книге Solov’ev V., Varnek A. (2017) QSPR Models on Fragment Descriptors. In: A. Varnek (Ed.) Tutorials in Chemoinformatics, pp. 135 — 162. John Wiley & Sons, Ltd, Chichester, UK. DOI: 10.1002/9781119161110.ch9, ISBN: 978-1-119-13796-2. 488 pages.

Общее число ссылок на публикации (число цитирований) с участием Соловьева В.П. (Solov’ev Vitaly) составляет: 1783 (РИНЦ, Science Index), 1535 (Web of Science), 1456 (Scopus), индекс Хирша (Web of Science): 22, Scopus authorID: 15037805000; Web of science ResercherID (Thomson Reuters): G-6430-2014, ORCID: 0000-0002-2590-5098.

Деловые качества

Соловьев В. П. являлся руководителем и ответственным исполнителем ряда завершенных отечественных и международных проектов: РФФИ № 15-03-09075 (2015 – 2017 гг.) — исполнитель, РФФИ № 12-03-33086 (2012 – 2013 гг.) — исполнитель, РФФИ № 94-03-08848 1994 г. — руководитель, Volkswagen-Stiftung, Hannover 1994-1996 гг. — ответственный исполнитель, ISF MTH-000 1994 г. — ответственный исполнитель, ISF MTH-300 1995 г. — ответственный исполнитель, INTAS 94-3249 1995г. — ответственный исполнитель, INTAS 94-1914 1995г. — ответственный исполнитель, «Москва–2005» — исполнитель), ответственный исполнитель 3 международных проектов: Европейского Научного Объединения «Супрамолекулярные системы в химии и биологии», французско-российско-украинского проекта ARCUS Alsace/Russie-Ukraine и руководитель французско-российского проекта НЦНИ-РФФИ № 09-03-93106.

По разрабатываемым научным темам неоднократно выступал с докладами и лекциями в Университете Страсбурга (Франция), будучи приглашенным профессором в 2004—2018 гг. Являлся внештатным экспертом – консультантом по базам данных в области координационной химии в ВИНИТИ РАН (1994—2010 гг.). В Институте физиологически активных веществ РАН (г. Черноголовка) около десяти лет (1984—1994 гг.) был заместителем заведующего Лаборатории физико-химических исследований, переименованной в дальнейшем в Лабораторию Компьютерного Молекулярного Дизайна, в которой в 1982—2004 гг. руководил группой Термодинамики комплексообразования. Участник нескольких десятков отечественных и международных конференций, на которых неоднократно выступал с устными докладами. В частности, готовил материалы и участвовал в проведении международных школ по химической информатике в Обернэ (Эльзас, Франция, 2010 г., 2008 г.).

Чтение лекций (2017 г., 2018 г.) для студентов физического факультета МГУ в рамках курса магистерской программы “Введение в Химическую информатику”. Соавтор курса по химической информатике по специализации «Мастер в области химической информатики» для студентов Университета Страсбурга (Франция), входил в состав рабочей группы IUPAC, принимал непосредственное участие в подготовке российско-французких (Киреева Н. В., Главатских М. В.) и французских аспирантов (Fourches D., Hoonakker F., Gaudin C., Oprisiu I., De Luca A., Ruggiu F.). От Института выполнено официальное оппонирование 2 кандидатских диссертационных работ: Фрейдзон А. Я. (отзыв ведущей организации) и Султановой Н. М. (официальный оппонент). Член Диссертационного совета ИФХЭ РАН. Рецензент отечественных и международных научных журналов.