ДОБЫВАЯ НОВЫЕ ЗНАНИЯ
Подготовила Галина Киселева.
Имя иркутского исследователя в области органической,
физико-органической и элементоорганической химии директора
Института химии СО РАН Бориса Трофимова хорошо известно мировой
науке. Достаточно сказать, что открытая им общая реакция
кетоксимов с ацетиленом, позволяющая разработать новые принципы
конструирования пиррольных систем, вошла во все монографии и
учебники как "реакция Трофимова". Он с учениками впервые применил
сверхосновные катализаторы и реагенты в химии ацетилена и его
производных, что позволило открыть и разработать ряд новых
реакций, которые широко используются в тонком органическом
синтезе и при получении промышленно важных продуктов. Б.Трофимову
и его школе принадлежит инициатива создания нового направления --
химии фосфид и фосфинит-ионов, что открыло возможности получать
фосфорорганические соединения, ранее труднодоступные для
практики. Борис Александрович -- автор более 1500 публикаций,
более 400 изобретений, 9 монографий, изданных как в нашей стране,
так и за рубежом.
Недавно Борис Трофимов избран действительным членом Российской
академии наук.
-- Борис Александрович, какое место занимает сегодня химия (в
частности, любимая вами -- органическая) среди других наук?
-- Еще в школе мы часто повторяли слова М.Ломоносова -- "широко
химия руки свои простирает в дела человеческие". Возьмем самые
крупные "прорывные" достижения человечества: ядерная энергия,
космос, радиоэлектроника, лазеры, "зеленая революция", генная
инженерия. Были бы у нас атомные электростанции, если бы химики
не научились делить изотопы урана, выделять плутоний? Куда бы
улетели наши ракеты, если бы химики не разработали для них
топливо, не создали бы термостойкие материалы? Можно ли было
говорить о телевидении, компьютерах, если бы химики не научились
получать сверхчистый кремний, другие полупроводниковые материалы,
изолирующие полимерные покрытия? Как можно сделать лазер без
высокочистого синтетического кристалла или других специальных
химических веществ, генерирующих когерентное излучение? Какие бы
урожаи мы сейчас снимали без агрохимии? "Генные инженеры" не
знали бы, что им делать, если бы химики не показали, из каких
"блоков" и "кирпичиков" (молекул аминокислот, нуклеотидов,
нуклеозидов, ДНК, РНК и т.п.) состоят гены и по каким законам
строятся.
А во что бы мы с вами были сейчас одеты, чем бы писали? И на чем
бы в институт приехали?
Химия сегодня -- основа научно-технического прогресса,
современной цивилизации, важнейших естественных наук.
А попробуйте представить себе медицину без химии. Только
малограмотные люди могут сказать: "Мы лечим травками, никакой
химии". А в этих травках -- столько химии, сколько ее нет ни в
одном синтетическом препарате! В любой травке десятки и сотни
химических веществ, т.е. ничего, кроме химии. Причем, ученые
сегодня в лучшем случае лишь немного знают о некоторых из этих
веществ. А как они взаимодействуют? Что с ними происходит в
организме? Вспомним, что Сократа казнили, заставив его выпить
отвар цикуты.
Иногда приходится читать на этикетках напитков: "не содержит
химических веществ". Наивно и смешно. Ведь вода -- тоже
химическое вещество. Любая природная вода содержит десятки
химических веществ (только в малых количествах) и, строго говоря,
всегда является раствором многих солей, органических веществ и
газов.
Так что от химии нам никуда не уйти. Растения и животные, все
живое -- от бактерий до человека -- это сложнейшие химические
лаборатории, где каждое мгновение синтезируется и распадается
множество простых и сложных молекул.
Вот мы сейчас с вами рассуждаем, вспоминаем, анализируем,
размышляем. А за всем этим стоит сложнейшая, еще до конца не
понятая химия. Передача нервного импульса, закладка информации в
память, востребование ее в нужный момент -- это все химические
процессы. Сегодня мы уже кое-что знаем о некоторых медиаторах
(передатчиках) биологических сигналов, но до видения полной
картины еще очень и очень далеко.
-- Что значительного сделано химиками, в том числе иркутскими, за
последнее время?
-- Очень многое. Например, выделили из природных объектов
(растений, морских губок) самые активные из известных на сегодня
противораковых веществ, например, "таксол" (из коры
североамериканского тисса), расшифровали их строение (оказалось,
что это чрезвычайно сложные молекулы), научились синтезировать их
в лаборатории. Самое главное -- разобрались в механизме их
действия и поэтому сумели синтезировать новые, столь же, а иногда
и более активные, вещества. Кроме того, это позволило существенно
продвинуться в понимании природы зловещего заболевания.
Синтезировали органические полупроводники и проводники (вплоть до
сверхпроводников), "органические" магниты, высокочувствительные и
высокоселективные датчики и сенсоры, умеющие распознавать даже
оптически активные молекулы. Химики-органики подходят к созданию
молекулярной проволоки, молекулярных переключателей -- молекул,
позволяющих управлять потоком электронов без механических
устройств, буквально на молекулярном уровне. Все это -- материалы
XXI века, за ними -- новые технические и информационные
революции.
Созданы первые литий-сероорганические аккумуляторы,
обеспечивающие небывалые плотности энергии на единицу объема.
Cтановятся реальностью 'кологически чистые электромобили.
Найдены новые катализаторы, позволяющие осуществлять известные
производственные процессы более экономично и чисто, фиксировать и
складировать солнечную энергию (хотя до хлорофилла растений нам
еще далеко), осуществлять транспорт кислорода в организме (хотя
до гемоглобина крови путь также не близок).
Самый главный и самый общий итог последних лет, пожалуй, состоит
в том, что химики сегодня лучше понимают связь между строением
молекулы и ее функцией, т.е., где и как молекула конкретной
структуры может работать. Знают, как быстро и рационально
"собрать" такую молекулу из доступных "кирпичиков", возможно
более простых и дешевых исходных веществ. Это так называемый
"направленный" органический синтез. Последние годы ознаменовались
серьезными успехами в этой области.
Исследования нашего института отвечают мировому уровню и вносят
ощутимый вклад в решение ряда "горячих" проблем современной
химической науки. Мы находимся среди мировых лидеров в области
химии ацетилена, органических соединений кремния и серы.
Вот перед вами копия статьи под названием "Ацетилен" из
"Американской энциклопедии естественных наук и технологии". В
этой статье все об ацетилене -- как получают, что из него можно
производить. В списке важнейших литературных источников, которые
использованы в этой статье: из 43 ссылок 14 (одна треть) -- наши
работы. Американцы признают наш приоритет (что очень редко
бывает) в разработке так называемых "суперосновных"
катализаторов, позволивших нам открыть ряд новых общих
закономерностей в химии ацетилена (химики называют такие
закономерности реакциями).
Вот, например, образование пирролов (очень важных молекул - из
них, в частности, построен гемоглобин) из ацетилена и кетонов
(очень простых и доступных соединений) всего в две стадии.
Существуют десятки методов получения пирролов, но этот оказался
самым простым и универсальным. Видите, в американской
энциклопедии эта наша работа вынесена в оглавление: "Реакция
Трофимова". Во всей органической химии именных реакций не так уж
и много.
-- Какие из своих работ считаете наиболее значительными?
-- У меня нет чисто "своих" работ. В них доля моих учеников.
Пиррольный синтез, например, был открыт вместе с младшим научным
сотрудником Альбиной Ивановной Михалевой (ныне профессором,
руководителем большой группы). Еще одно недавнее крупное
достижение -- синтез фосфорорганических соединений
непосредственно из элементного фосфора и производных ацетилена
или других активных органических соединений (до нас
фосфорорганические соединения получали главным образом из
хлоридов фосфора -- токсичных и агрессивных веществ). Работа
выполнена вместе с профессором Ниной Кузьминичной Гусаровой и ее
группой. Об этой работе я докладывал на международном конгрессе
по химии фосфора в Иерусалиме, сообщение вызвало большой интерес.
Для чего нужны фосфорорганические соединения? Они широко
используются в практике. Это и экстрагенты урановых и
трансурановых элементов, и компоненты современных катализаторов,
и добавки к полимерным материалам, придающие им негорючесть, и
самые разнообразные биологически активные вещества. Например,
аденозинтрифосфорная кислота -- главный поставщик энергии в
организме. Она участвует в мышечных сокращениях, регулирует
высшую нервную деятельность.
Наши работы по синтезу фосфорорганических соединений прямо из
фосфора открыли новое крупное направление в химии
жизненно-важного элемента.
Этому предшествовало открытие прямых реакций ацетилена с серой,
селеном и теллуром в суперосновных средах, сделанное совместно с
аспирантом (ныне профессором) Светланой Викторовной Амосовой. Нам
впервые удалось синтезировать таким простым путем винильные
соединения этих элементов -- ценные исходные вещества для
получения новых полимеров, высокочистых материалов для
микроэлектроники, ионнообменников, высокоемких и
высокоселективных сорбентов редких и благородных металлов.
-- Два года назад вам присуждена престижнейшая среди химиков
премия им.Бутлерова...
-- Должен заметить, что премия им. Бутлерова у нас в стране --
самое высокое признание заслуг химика-органика. Она присуждается
Академией наук раз в два года за выдающееся достижение в области
органической химии. Ее лауреатами были наши крупнейшие
ученые-химики, включая академика А.Фаворского -- классика
органической химии, одного из основателей химии ацетилена, имя
которого теперь носит наш институт.
Мы с моей ученицей доктором химических наук Анастасией
Григорьевной Малькиной отмечены за цикл работ по ацетиленовым
гидроксикислотам. Суть исследований в том, что мы впервые в мире
научились синтезировать из простых веществ (ацетилена, кетонов,
окиси углерода) при комнатной температуре и обычном давлении
(конечно, используя специальные катализаторы) очень активные
молекулы -- универсальные строительные блоки, из которых можно
легко и целенаправленно "собирать" сложные молекулярные ансамбли,
родственные витаминам (таким, как аскорбиновая кислота),
антибиотикам (таким, как пеницилловая кислота), важным лекарствам
(например, для лечения ВИЧ-инфекции).
-- В минувшем году ваш институт выполнил контрактные работы на
большую сумму.
-- Не на такую уж большую (наш научный потенциал таков, что объем
контрактов мог бы быть в десятки раз больше). Мы получили
примерно треть того, что дает нам государство. На эти деньги
институт может приобрести некоторые реактивы, мелкое
оборудование, компьютеры, расходные материалы.
Основных контрактов у нас два -- с американской фирмой "Молтек
Корпорейшн" и известной немецкой фирмой БАСФ.
Американцы нашли нас по публикациям. Их заинтересовали наши
сополимеры ацетилена с серой. Оказалось, что эти сополимеры
способны очень существенно повысить энергонасыщенность литиевых
аккумуляторов. Теперь американцы финансируют наши фундаментальные
исследования в этой области. Результаты работ используют для
создания литиевых аккумуляторов нового поколения. Причем, они не
требуют у нас готового изделия или материала. "Внедряют", как у
нас раньше было принято говорить, сами.
Заметил бы, что этот контракт больше, чем финансовая поддержка.
Это, прежде всего, поддержка моральная. Нам сейчас все чаще
говорят: кому нужна ваша наука? Сделайте продукт (материал,
лекарство), докажите, что он полезен, получите все разрешения,
проведите маркетинг, обеспечьте рекламу -- вот тогда мы за вашу
науку заплатим.
И вот мы видим воочию: наша наука, наши знания и опыт нужны. И
кому? Развитым странам для создания передовых технологий. И, это
означает, что в чем-то наша наука впереди.
Такие же отношения сложились у нас с фирмой БАСФ. Это крупнейший
производитель и потребитель ацетилена, разработчик всех основных
производств на его основе, начиная с 30-х годов. У БАСФ в этой
области никогда не было конкурентов. И вдруг они обращаются к нам
с просьбой решить одну, другую, третью задачу, которые сами они
осилить не могут. Мы решаем. Суммы контрактов растут. И опять
речь идет не о готовых разработках, конкретных материалах или
технологиях "под ключ", а о чисто научных проблемах, многие из
которых уже давно занимали и нас. Мы их не разрабатывали из-за
отсутствия средств.
В итоге получается, что немецкая промышленность поддерживает
российскую фундаментальную науку. Им она нужна. Результаты наши
немцы "внедряют" можно сказать "со сковороды". А наша
промышленность требует "законченных разработок". А где у нас база
для этого? Опытные установки, испытательные стенды?
Что мы делаем для БАСФ? Разрабатываем новые суперосновные
каталитические системы для синтеза виниловых эфиров, ацетиленовых
спиртов -- ценных полупродуктов для получения полимеров, душистых
веществ, витаминов, лекарств; из отходов производства, например,
метилацетилена, синтезируем новые полезные продукты, в частности,
для получения тех же витаминов, душистых веществ. Недавно на
фирме заинтересовались нашими синтезами на основе элементного
фосфора -- заключен новый контракт.
-- Как видно из сказанного, разработки института находят
практическое применение?
-- К сожалению, в основном не в России. В "прошлой жизни"
внедрялись и у нас. В Казахстане (г.Темиртау, завод СК) работали
установки по получению из ацетилена уксусного альдегида
безртутным методом (это актуально и до сих пор!), бутилвинилового
эфира, виниловых эфиров гликолей, полимеров на их основе. Это
были самые передовые технологии. Сейчас все (или почти все)
остановилось. Минрадиопром с успехом использовал наши
оригинальные высокочистые эпоксидные смолы на основе винилокса
для конструирования своей оборонной электроники. Созданные в
нашей лаборатории компоненты "работали" в ракетных топливах и
МГД-генераторах, обеспечивая рекордную температуру пламени. Из
тридцати с лишним лекарств, намеченных к выпуску Усольским
химфармкомбинатом в 1992 году, почти треть была разработана в
нашем институте. На Ангарском заводе химреактивов были освоены
десятки новых оригинальных реактивов. Был разработан пестицид
"Виндитад", освоено его опытное производство, создано опытное
производство дивинилсульфида и оригинальных ионообменных смол на
его основе, в том числе используемых для очистки крови. Были,
был, было... Можно еще долго перечислять. Но грустно все это.
Правда, в последние год-два заводы вновь вспомнили о нас:
предлагают задачи, не отвергают с порога наши предложения,
интересуются готовыми разработками. Например, ряд предприятий
ведет с нами переговоры о приобретении разработанной в институте
на базе ацетилена технологии синтеза цитраля (душистое вещество
цитрусовых), технологии получения добавки к бензину, снижающей
его расход и токсичность выхлопа. С нами снова стали заключать
хоздоговоры -- это хороший знак.
-- Какую роль, на ваш взгляд, могла бы играть химия, в частности,
ваше направление, в технологиях будущего?
-- Без химии технологии будущего просто немыслимы. Химия дает
новые вещества и материалы, позволяет развивать новые процессы.
Возьмем, например, мембранную технологию, в частности, разделение
газов или жидкостей с помощью мембран -- своеобразных
молекулярных фильтров. В принципе, например, можно отделить спирт
от воды, пропуская водку через мембрану. Такие молекулярные
фильтры разрабатывают сейчас из полимеров. Ряд наших мономеров, в
частности, виниловые эфиры гликолей и полиэтиленгликолей, хорошо
подходят для этих целей. И это только один из выходов наших
разработок на технологии будущего. Я уже рассказывал о литиевых
аккумуляторах сверхвысокой емкости, для создания которых
используются наши серно-ацетиленовые полимеры -- тоже технология
будущего. Американцы так и говорят о своих батареях, которые мы
помогаем им создавать: powering electronic future (обеспечение
энергией электронного будущего). Наше направление в химии связано
с такими "горячими" областями высоких технологий как органические
полупроводники, хранение и передача информации на молекулярном
уровне, нелинейная оптика, высокоселективные сорбенты и
экстрагенты, мембраны, приближающиеся к липосомам живых клеток
-- Что еще мечтаете осуществить?
-- Смоделировать фотосинтез. Научиться с помощью молекул
определенной структуры связывать и запасать солнечную энергию,
расходуя на это только углекислый газ и воду, так, как это делают
растения.
-- Каких основных принципов в жизни, в науке вы придерживаетесь?
-- Работать добросовестно и профессионально, в науке избегать
проторенных путей и верить только фактам.
-- Верите ли вы в возрождение науки?
-- Наука никогда не умирала и не умрет. Добывать новые знания для
человека также естественно и необходимо как ходить, любить, жить
и дышать.
стр.
|
