На стыке параллелей

Международная группа ученых, в состав которой вошел профессор СПбГУ Сергей Кривовичев, выяснила, что известные с середины ХХ века якутские минералы степановит и жемчужниковит — природные аналоги полимеров, искусственно созданных в 1990-х годах. Результаты исследования, которое меняет представление ученых о широко применяемых в химии и фармакологии металлорганических каркасных структурах, представлены в научной статье “Minerals with metal-organic framework structures”, опубликованной престижным научным журналом Science Advances. 

Минералы степановит и жемчужниковит были открыты в Якутии в середине XX века и названы в честь известных геологов Павла Степанова и Юрия Жемчужникова. Советские ученые определили формулу этих минералов, однако структура их до настоящего времени была неизвестна. Проблемой ее расшифровки занимались многие исследователи. Решить ее удалось в 2016 году профессору СПбГУ Сергею Кривовичеву и главному научному сотруднику кафедры минералогии МГУ профессору РАН Игорю Пекову.

Минералы изучались с помощью уникального оборудования, расположенного в ресурсном центре “Рентгенодифракционные методы исследования” Научного парка СПбГУ. Проведенный анализ позволил ученым расшифровать кристаллические структуры степановита и жемчужниковита.

Параллельно химики Томислав Фришчич и Игорь Хаскич из Университета Макгилла (McGill University), исследуя металлорганические каркасы (МОК), предположили, что некоторые соединения с МОК могут иметь природные аналоги — степановит и жемчужниковит. Они синтезировали эти минералы в лаборатории и расшифровали их структуру, а узнав, что ученые в России получили данные и по природным образцам, предложили коллегам продолжить работу вместе.

Результатом исследования стало уникальное открытие: металлорганические каркасные структуры не являются изобретением человека. МОК, хоть и в виде редких минералов, существовали на Земле задолго до того, как их сконструировали ученые-химики. Первыми найденными в природе кристаллами с МОК оказались степановит и жемчужниковит, однако исследователи не исключают, что аналогичные “синтетические минералы” могут быть обнаружены не только в Сибири.

“Степановит и жемчужниковит — это интереснейшие органические минералы, которые находятся как бы на границе геосферы и биосферы. Ученые-химики хорошо знают, что металлорганические каркасы и координационные полимеры являются одним из самых перспективных направлений развития современной неорганической химии. А наша работа показала, что они связаны и с минералогией! По сути, это фундаментальное открытие, находящееся на стыке двух наук”, — рассказал Сергей Кривовичев.

Профессор СПбГУ отметил, что проведенное исследование позволило ученым убедиться в возможности образования в природе материалов, которые всегда рассматривались как исключительно искусственные. “Оказалось, что принципы самосборки новых структур, применяемые сегодня в лабораторных условиях, действуют и в природе, а значит, могут приводить к крайне любопытным открытиям в области минералогии координационных полимеров”, — добавил Сергей Кривовичев.

Когда эти данные были опубликованы, журнал Nature включил открытие российских и канадских ученых в число самых значимых научных результатов в мире за неделю.