ИГРА ПО-КРУПНОМУ

Сегодня один из довольно популярных терминов в науке, тех, что постоянно на слуху — супрамолекулярные соединения. И это не дань моде. Это химия неожиданная, многообещающая. Интересная, наконец. В Институте неорганической химии СО РАН к работам в данной области давно привлечено внимание. Хотя, надо заметить, сам термин "супрамолекулярная химия" появился лишь в 1978 году, его ввел в оборот выдающийся французский ученый, лауреат Нобелевской премии Жан-Мари Лен.

С заместителем директора ИНХа, доктором химических наук В.ФЕДИНЫМ, наш корреспондент Людмила ЮДИНА беседует об этой интересной химии, о том, что сумели открыть в перспективной области сотрудники института.

— Владимир Петрович, основное научное направление института — химия координационных, кластерных и супрамолекулярных соединений?

— Я бы не стал утверждать, что оно абсолютно главное. Просто традиционно сложилось так, что в тематике научных исследований всегда стояло первым. Но направление, безусловно, наиважнейшее. Координационные — классические соединения, история которых началась сто лет тому назад, и основы которых заложены великим А.Вернером. До сих пор работы в этой области не потеряли своей актуальности. Они очень хорошо представлены и в нашем институте.

Что составляет объект классической координационной химии? Соединения, содержащие по одному атому переходных металлов, окруженных лигандами. Кластеры — соединения более сложные. Это уже сравнительно новая область химии, возникшая где-то в середине 60-х годов. Термин "кластер" предложен известным американским химиком А.Коттоном. В переводе с английского кластер — рой, скопление. То есть, здесь мы имеем не один, а два, три атома, окруженные лигандами. Система, как видите, усложняется.

Суть науки, вообще — идти от простых вещей к все более "запутанным". И вот, идя по линии усложнения предмета, мы получаем объекты супрамолекулярной химии, эдакие укрупненные агрегаты — в их составе могут быть и координационные, и органические соединения, кластеры, биологические молекулы. То есть, каждое из них прежде рассматривалось и использовалось в отдельности. Теперь мы желаем поиграть с ними, как с составными частями, соединить при необходимости и строить из них образования по своему замыслу.

— Игра, как говорится, идет по-крупному?

— Скажем так — прицельно, с перспективой. При необходимости мы можем получать такие образования, которые по своей сложности уже будут близки к биологическим объектам. И это — отнюдь не фантастика, а уже реальность нашего времени.

— А зачем нужны такие "не настоящие" биологические объекты?

— Прежде всего, это интересно с фундаментальной точки зрения, расширяет наши представления о природе химической связи. И второе — объекты интересны с точки зрения практического применения. Например, есть катализаторы, сделанные на основе кластерных соединений. Причем, кластерные соединения мы умеем синтезировать в лабораториях, получать в пробирке. А ведь многие из них синтезирует сама природа и затем использует.

Давайте обратимся к примеру, который известен и школьникам. Чтобы наша пища была полноценной, она должна содержать белок в необходимом количестве. В состав белка входит азот. Потому на поля, где вызревают хлеба, растут овощи и т.д., полагается вносить в достаточном количестве азотные удобрения. Как их получает человек? Промышленным способом. Берется водород, азот, создается давление в триста атмосфер, температура в 400 градусов Цельсия. Подбирается соответствующий катализатор. Естественно, выходящий продукт получается очень дорогим.

Как в этом случае действует природа? Связывает азот из воздуха при атмосферном давлении, при любой температуре воздуха. Все операции выполняют микроорганизмы, которые, например, живут в клубеньковых образованиях бобовых растений.

Ученые в свое время долго бились над тем, чтобы отыскать тот самый центр, что ответственен за фиксацию азота. Примерно пять-семь лет тому назад было доказано, что все происходит благодаря ферменту, называемому нитрогеназой. Его достаточно полно охарактеризовали, в подробностях изучили. Оказалось, что самая главная часть в этом соединении, ответственная за фиксацию азота, неорганическая, а точнее — кластерное соединение, которое содержит несколько атомов железа, один атом молибдена и несколько атомов серы.

— И куда дальше потянулась цепочка?

— Чтобы воспроизвести в той или иной форме способность вот к такой очень мягкой фиксации азота, следует прежде всего хорошо изучить химию таких соединений. И быть готовыми откликнуться на этот "вызов", чтобы синтезировать соединения, которые могут выступать в роли катализаторов.

— Интересно, а где еще в природе можно отыскать кластеры?

— В биологических системах. Многие реакции, которые происходят в них, так называемые окислительно-восстановительные превращения. И нужны такие центры, где бы электроны сначала накапливались, а в нужный момент — использовались в той или иной реакции. Есть кластеры, которые содержат кубики, состоящие из четырех атомов железа, четырех атомов серы, они и выполняют данную функцию в природных объектах. С похожими соединениями, только не биологическими, а синтетическими, мы и работаем в нашем институте.

— Можно сделать вывод, что область применения кластеров весьма широкая?

— Безграничная! В ИНХе работы по данной тематике ведутся лет двадцать, и обнаруживаются все новые замечательные качества соединений. Институт — один из немногих коллективов, активно занимающийся кластерами. Уровень работ оценивается достаточно высоко.

— Какая проблема сегодня особенно занимает исследователей?

— О, таких проблем множество! Вот я вел речь о нитрогеназе. Дальше познания дело пока не идет. До сих пор ни мы, ни наши коллеги за рубежом не нашли ключ к решению поставленной задачи. Здесь мы не можем соперничать с природой. А ведь наверняка придет время, когда на основе таких кластерных соединений начнут изготовлять катализаторы промышленно важных процессов. В частности, процесса гидроочистки нефтей. Проблема тут известна. Вообще, в мире и в нашей стране очень жесткие стандарты на выброс серы в атмосферу, в частности, из отработанных газов автомобильных двигателей. Для очистки нефти используются соответствующие катализаторы. Достаточно хорошие. Но те кластеры, с которыми мы работаем, содержащие серу и молибден, могут сыграть в решении проблемы далеко не последнюю роль. Институт работает в этом направлении продолжительное время. Хотел бы заметить, что наши аспиранты получали стипендию известной датской фирмы "Хальдер Топсе", занимающейся созданием катализаторов для гидроочистки нефтей и очень заинтересованной в развитии исследованием по данной тематике. Ведь это — многомиллиардный бизнес!

— Много ли институтских коллективов работают с кластерами и супрамолекулярными соединениями?

— Тут ведь вот какая штука. Еще до появления формулировки "супрамолекулярная химия" в ИНХе уже занимались этими проблемами. Возьмите газовые гидраты, классическое супрамолекулярное соединение. Все в них держится на ван-дер-ваальсовских взаимодействиях. Ведь как великий Лен определял объект супрамолекулярной химии — "...химия за пределами молекулы, описывающая сложные образования, которые являются результатом двух (или более) химических частиц, связанных вместе межмолекулярными силами". То, что сделал в этой области недавно ушедший из жизни доктор химических наук Юрий Алексеевич Дядин — выдающееся исследование на мировом уровне. Именно Ю.Дядин открыл в газовых гидратах новый класс соединений.

Существуют разные виды супрамолекулярных соединений. Вот вы недавно беседовали с лауреатом премии им. академика А.В.Николаева, кандидатом химических наук Данилом Дыбцевым, он рассказывал о похожих на тыкву кукурбитурилах. Профессор Владислав Германович Торгов занимается каликсаренами, имеющими строение чашки без донышка. Их используют для выделения платиновых металлов из отходов радиоактивного производства.

Владимир Александрович Максаков, кандидат химических наук, показал, что, используя самые простые соединения — карбонильные комплексы осмия — можно получить совершенно необыкновенные типы координации лигандов. Проблема координации, активации лигандов, чрезвычайно злободневна. Здесь открывается потенциальная возможность получать в ходе каталитических реакций такие продукты, которые при использовании моноядерных систем в принципе получить невозможно.

Виктория Анатольевна Ершова, кандидат химических наук, решает проблему стереоселективного синтеза. Существуют биологически активные молекулы, например, аминокислоты, из которых состоит белок. Они хиральны. Бывают молекулы, которые имеют разную конфигурацию. То есть, они очень похожи, как правая и левая рука, но совместить их невозможно. Они относятся друг к другу как зеркальное отражение. И вот здесь мы выходим на вопросы медицины, введения больному лекарственных препаратов. Именно кластерные соединения позволяют осуществлять процедуру "гуманно", исключать передозировку, вести ассиметрический синтез, причем, с большой эффективностью.

— Как я поняла, сейчас в своих исследованиях вы все больше ориентируетесь на супрамолекулярные соединения?

— Естественный процесс. Я уже вел речь о том, что задача все время усложняется. Изначально мы исходили из моноядерных соединений, сегодня используем крупные соединения как готовые строительные блоки. Работаем с молекулами, химию которых прекрасно знаем. Но пытаемся найти в изученном материале "неизведанные" аспекты, использовать открытое для супрамолекулярного дизайна.

— И какого результата ожидаете?

— Получения веществ, которые смело можно назвать материалами. Одна из проблем, сейчас особенно занимающая нас — создание веществ, обладающих большими порами. Один из классов соединений, который активно используется в катализе — цеолиты, построенные из атомов кислорода, кремния, алюминия. А мы пытаемся создать цеолиты неорганические, иными словами — построить цеолитоподобные соединения, которые уже в стенках цеолитного каркаса содержат атомы переходных металлов, а они потенциально могут быть каталитически активны. Используется новый подход к созданию цеолитоподобных соединений. Радует, что на этой тематике работает много молодежи.

— Вопрос о молодежи никак не обойти! Как вы считаете, молодежные проблемы решаемы?

— Думаю, в существенной степени. Прежде выпускники приходили в институт сделать диплом, а потом старались уехать. Позднее старались подготовить в институте хорошую диссертацию, а уж потом — куда-нибудь за границу. Сейчас приходит понимание, что самое лучшее — сделать дома хорошую диссертацию, заработать имя, иметь возможность выезжать за границу. Но работать лучше дома! Здесь есть все условия. Вы думаете, за границей так уже все распрекрасно? Послушать западных ученых — так и у них жизнь далеко не сахар!

А знаете, что мы в институте решили? Одному самому лучшему студенту, приходящему в ИНХ, давать стипендию имени академика А.В.Николаева. Но в прошлом году пришли такие замечательные ребята, что четверым из восьми определили эту стипендию. В институтах молодежь занимается в основном фундаментальными проблемами. Это очень правильно. Идет подготовка на уровне лучших университетов мира. А если есть хорошая фундаментальная подготовка, то обязательно получится качественный специалист! Мы на нашу молодежь не обижаемся!