Методом самосборки

У металлоорганических каркасов — непредсказуемый характер

 Стоило ученому заговорить о каркасах — и невольно вспомнилось виденное когда-то, как из брусьев неожиданно возникли контуры будущего дома, — красивое, захватывающее зрелище. Понятно, что с директором Объединенного института химических исследований РУДН профессором РАН Виктором ХРУСТАЛЕВЫМ «Поиск» говорил не о вопросах домостроения. Под руководством Виктора Николаевича химики университета ведут перспективные исследования в области так называемых металлоорганических каркасных соединений. Составной их частью является кремний, а также лиганды — структурные компоненты, связывающие атомы металлов в объемный каркас. Заметим, что эта глубокая теоретическая работа поддерживается Российским фондом фундаментальных исследований. В.Хрусталев около 30 лет разрабатывает эту тему: сначала в Институте элементоорганических соединений им. А.Н.Несмеянова (ИНЭОС РАН), а сегодня с успехом продолжает в РУДН.
— В основе живой материи на нашей планете лежит один из самых главных и удивительных химических элементов — углерод. Он формирует огромное количество разнообразных органических соединений. И вместе с лигандами участвует в образовании необычных металлоорганических координационных соединений, применяемых в самых различных областях: от катализа и электроники до фармацевтики и сельского хозяйства. Не менее интересны и «соседи» углерода по группе в Периодической системе, наиболее распространенный из них — кремний, ключевой элемент литосферы Земли. Между прочим, писатели-фантасты нередко описывали пришельцев, в организмах которых кремний заменяет углерод, и даже планету, жизнь на которой обязана кремнию («кремниевая жизнь»), — отметил В.Хрусталев. — Важная особенность кремния — способность образовывать кремнийорганические соединения (со связью кремний-углерод). Это составная часть многих металлосодержащих продуктов, обладающих уникальным трехмерным каркасным строением и включающих большой набор металлов. Эти примечательные конструкции находят широкое распространение в химии, например, в катализе. Вместе с коллегами из Института химической физики им. Н.Н.Семенова РАН мы получили высокоэффективные катализаторы, используемые для синтеза полимеров, лекарственных веществ и различных углеродсодержащих материалов.
Другая область применения каркасных соединений — химия сложных молекулярных архитектур (Рис.1). В этой области каркасы проявляют особые магнитные свойства благодаря взаимодействию катионов металлов различного типа, входящих в их состав. При содействии наших французских коллег из Университета Монпелье удалось установить, что каркасные структуры, содержащие катионы кобальта, никеля или железа, обладают магнитными свойствами, открывающими перспективы создания устройств нового поколения для хранения информации.
Учитывая важность наших исследований, РФФИ поддержал проект университета и выдал нам трехгодичный грант, закончившийся в прошлом году. В нашем активе 14 статей, опубликованных в высокорейтинговых международных журналах первого квартиля (Q1). Мы подали новую заявку, победили в конкурсе инициативных проектов РФФИ 2020 года и получили исключительно важную для нас финансовую поддержку в новом цикле исследований еще на три года, за что благодарны экспертам Фонда.
— Как происходит формирование каркасных соединений?
— Самое сложное и непредсказуемое в их создании — подбор необходимых условий для сборки подобных соединений. Мы используем метод синтеза, при котором исходные реагенты достаточно простого химического строения трансформируются в сложные полиметаллические архитектуры. Это так называемые реакции «самосборки», зависящие от множества факторов. Процесс очень трудоемкий и долгий. Но даже негативный опыт, а он не исключен, позволяет двигаться дальше, избегая повторения ошибок.
— В этой области науки в мире работает, наверное, масса лабораторий. И сказать новое слово не так-то просто?
— Действительно, научных групп, занимающихся подобной тематикой, достаточно много, прежде всего в развитых странах. Однако в сравнении с ними у нас есть определенные преимущества, поскольку мы занимаемся этой тематикой много лет и накопили значительный опыт. Тот факт, что мы публикуем примерно 10 статей каждый год, говорит сам за себя: ни одна аналогичная группа не добивалась такого успеха. Добавлю, выпущены две монографии, впервые раскрывающие эту область химии. Достижения нашей группы получили признание в университете: в 2019 году нас наградили престижной премией РУДН в области науки и инноваций.
— Кто входит в вашу группу?
— Я продолжаю активно и плодотворно сотрудничать с ИНЭОС. В нашей группе работают как сотрудники РУДН, так и специалисты из этого института. А один из ведущих химиков в этой области — А.Н.Биляченко — стал моим заместителем в РУДН. В нашем коллективе несколько студентов бакалавриата и магистратуры, а также наша гордость — аспиранты Алена Кулакова и Григорий Астахов. Алена — обладатель престижной международной российско-французской стипендии имени В.И.Вернадского (РУДН — Университет Монпелье). Защищать диссертацию она будет в обоих университетах и станет обладателем российской ученой степени кандидата химических наук и международной степени PhD. Во Франции наш молодой сотрудник исследует необычные объекты — металлоорганические каркасы, содержащие катионы редкоземельных элементов. Эти соединения обладают многообещающими магнитными и люминесцентными свойствами. Г.Астахов развивает перспективное каталитическое направление — ведет поиск и проводит тестирование катализаторов в востребованных химических процессах с целью заменить применяемые сегодня дорогостоящие катализаторы на основе драгоценных металлов на металлоорганические каркасы, содержащие дешевые и распространенные металлы: медь, марганец, железо. Отмечу, что Григорий удостоен гранта РФФИ по программе «Аспиранты».
— Извечный вопрос: находят ли ваши фундаментальные работы практическое применение?
— Вопрос, скорее, философский, поскольку от фундаментальных исследований до прикладных разработок путь неблизкий. Считаю, что внедрение научных идей в производство не может быть реализовано усилиями одних только ученых, прежде всего это задача инвесторов, занимающихся наукоемкими технологиями. Уверен, что достоинства наших проектов очевидны и имеют все основания для привлечения инвестиций. Работая по новому гранту РФФИ, мы развиваем перспективные идеи и рассчитываем в ближайшие год-два продемонстрировать возможности наших разработок. Даже первые пробные шаги по переходу от кремнийорганических лигандов к их ближайшим аналогам — германийорганическим лигандам (Рис. 2) — показали эффективность создаваемых каркасных соединений. Комбинация лигандов различного типа может привести к калейдоскопическому разнообразию возникающих молекулярных архитектур и, соответственно, к непредсказуемому разнообразию их свойств и возможностям практического использования. Работы непочатый край.
Юрий ДРИЗЕ

Нет комментариев