Поиск - новости науки и техники

Кирпичики из наномир. Синтезированные сибирским ученым молекулы незаменимы при “строительстве” материалов с уникальными свойствами.

Исследователи Института неорганической химии (ИНХ) СО РАН совместно с учеными из Института технологий Карлсруэ (Германия) разрабатывают методы синтеза уникальных объектов – полиядерных комплексов, молекулы которых имеют необычные сочетания элементов. Эти элементы отличаются “экзотическими” связями, существование которых еще недавно считалось невозможным. О плодотворном сотрудничестве с зарубежными коллегами рассказал заведующий лабораторией химии полиядерных металлорганических соединений доктор химических наук Сергей КОНЧЕНКО.

– По специальности я химик-синтетик, – говорит Сергей Николаевич. – Развиваю различные направления и методы химического синтеза. Основные плоды моей научной деятельности – не конкретные соединения, а подходы, с помощью которых можно целенаправленно создавать сложные молекулы. Чтобы пояснить, в чем достоинство такого рода деятельности, начну издалека.
Химия – одна из самых молодых наук. Ее развитие, по сути, только начинается. Она многообразна и многопланова. При создании теорий, исследовании свойств веществ активно “вовлекаются” достижения физики и математики.
Продукты и методы химии используются во всех отраслях практической деятельности. Химический синтез рождает объекты исследований – новые соединения, а заодно и теоретические знания. Химики-синтетики, можно сказать, опережают время, поэтому порой создается впечатление, что их работа оторвана от реальности.
Создание новых молекул можно сравнить со строительством архитектурных объектов. В нашей области используют такие образы, как конструирование и сборка молекул из “строительных блоков”, молекулярный дизайн, молекулярная архитектура, инженерия кристаллов… Примерно так же развивается и химический синтез – от воспроизведения того, что уже есть в природе, до создания “рукотворных” шедевров.
Зачем все это делается, что заставляет ученых решать сложные задачи? В значительной степени это диктуют социальный заказ и развивающиеся технологии. Для создания многих современных материалов микро- и наноэлектроники необходимы химические соединения, молекулы которых содержат определенный набор элементов в нужном соотношении. Эти элементы можно перемешать только на атомном уровне. Кроме того, чтобы построить наноразмерный объект, надо иметь “кирпичики” еще меньшего размера, точнее – молекулы.
Новые материалы рождаются, конечно, не на пустом месте. Допустим, такая проблема: надо создать молекулы, в которых металлы-лантаноиды сочетались бы с большим количеством фосфора – именно такое сочетание образует материал с интересными электрофизическими свойствами. Согласно современным теориям, эта задача практически не решаема, потому что лантаноиды “очень любят” кислород и азот, но “не любят” более тяжелые элементы. Тщательная проработка вопроса дает возможность найти красивое решение и воплотить его в жизнь экспериментально. Более того, отталкиваясь от одного элемента – фосфора, мы переносим разработанный подход на его аналог – мышьяк. Зачем? Ответ: на всякий случай, с прицелом на будущее, ведь это демонстрирует общность найденного решения.
И все-таки будут ли востребованы именно эти соединения? Отвечу честно: не знаю. Очень уж они сложны и “нетехнологичны”, их получение требует “высшего пилотажа” современного химического синтеза. Эти вещества чрезвычайно чувствительны к кислороду и влаге, поэтому их невозможно вынести на воздух, они должны жить в вакууме или атмосфере тщательно очищенного инертного газа. Тем не менее синтетический подход мы создали. Теперь можно решать следующую задачу, связанную с технологичностью и проблемой создания аналогичных, но более устойчивых объектов. Однако не следует сбрасывать со счетов и такой гипотетический вариант: то, что нетехнологично на Земле, возможно, окажется технологичным в условиях космического вакуума и будет востребовано следующими поколениями вне нашей планеты.
– Расскажите о сотрудничестве с учеными из Института технологий Карлсруэ. Почему вы выбрали именно это учреждение?
– На рубеже веков в Германии, практичной стране, где очень продуманное отношение к деньгам, было организовано и воплощено много интересных исследований в области тончайшего химического синтеза. Немецкие специалисты получили ряд соединений, перевернувших представления о “возможном невозможном”. Без преувеличения скажу, что в течение 20 лет (1990-2010 годы) учебники по химии теряли актуальность и, наконец, безбожно устарели. Созданы комплексы, в которых с металлом связаны атомы инертного газа ксенона. Получила развитие химия соединений алюминия и галлия в экзотической степени окисления – плюс один. Синтезированы соединения с кратными связями кремний-кремний, олово-олово, олово-вольфрам, хотя в учебниках, выпущенных еще 25 лет назад, можно прочитать “красивое объяснение”, почему такое нереализуемо. Все это результат ренессанса в “слиянии” неорганической и металлоорганической химии, которое догоняет всемогущую с точки зрения синтеза “органическую сестру”.
Мне повезло оказаться в гуще событий. В 1985 году, когда я трудился над дипломом, в ИНХ на стажировку приехал тогда еще молодой ученый из ГДР, а ныне известный профессор Манфред Шеер. Целый год мы работали вместе в одной лаборатории. Нельзя сказать, что это определило мои научные интересы и стремления. Однако знакомство с подходом, который он использовал в экспериментах, в значительной степени подтолкнуло меня к использованию и разработке новых прогрессивных методов синтетической химии. Позже, в 1998-м, когда Шеер был уже профессором в Университете Карлсруэ (в 2009 году он “превратился” в Karlsruhe Institut für Technologie, объединившись с исследовательским центром Карлсруэ), а я молодым кандидатом химических наук, мне удалось поработать в его научной группе три месяца при поддержке немецкого фонда DAAD.
В Карлсруэ я познакомился с авторитетными в своей области учеными. Это Дитер Фенске, один из организаторов Института нанотехнологий, признанный авторитет в области химии гигантских кластеров переходных металлов, молекулы которых достигают размеров в несколько нанометров; Хансгеорг Шнёккель, “отец” химии алюминия и галлия в степени окисления плюс один; молодой профессор Петер Роески, специалист по химии редкоземельных элементов.
Больших успехов во время своего первого визита мне достичь не удалось, так как я окунулся в совсем другую химическую инфраструктуру. Но “показал свой потенциал”, и меня стали охотно приглашать на работу в Германии. Вот уже 15 лет я сотрудничаю с немцами, в том числе с мировыми звездами неорганической химии, узнал от них много полезного, а также зарекомендовал себя “боевиком от неорганического синтеза”. Не скрою, приятно читать их неформальные письма: “Приезжай скорее, без тебя не можем воспроизвести твои результаты”. Или: “Надо проверить одну идею, если у тебя не получится, будем знать, что это невозможно”. А с какого-то момента меня приглашают, чтобы я учил молодых ребят своей технике синтетического эксперимента.
– Ваше сотрудничество с немцами персональное? Или они заинтересованы также в сотрудничестве с ИНХ?
– Конечно, они заинтересованы в сотрудничестве с нашим институтом. К слову, Шеер и Фенске – почетные профессора Института неорганической химии. Я стараюсь дать возможность поработать за рубежом и своим ученикам. В моей команде все молодые научные сотрудники прошли через стажировки – не только в Германии, но также в Испании, Бельгии, Шотландии. Приятно отметить, что никто не остался на чужбине, все вернулись обратно. Значит, в России работать интересно.
Сегодня принято “измерять” научные достижения по формальным показателям. Их основу составляют импакт-факторы журналов, в которых ученые публикуются. На мой взгляд, это порочный путь, тем не менее, привлеку систему наукометрии для иллюстрации наших достижений. В 2005 году я работал вместе с Роески и реализовал замечательную идею – синтезировать соединения, в которых атом лантаноида (европий или иттербий) соединен непосредственно с алюминием. Работу опубликовали в высокорейтинговом журнале Angewandte Chemie, она вызвала резонанс и даже была отмечена в журнале Nachrichten aus der Chemie, как одно из самых значимых достижений года.
С этого началась моя любовь к лантаноидам, совершенно необычным металлам, вынесенным в отдельный ряд Периодической системы. Металлоорганическая химия этих элементов чрезвычайно сложна, но именно в ней можно раскрыться химику-синтетику. Как продолжение лантаноидной тематики, родилась идея “скрестить” их химию с химией полифосфидных комплексов Манфреда Шеера. В результате получились новые соединения, одно из которых вы видите на рисунке, и новые синтетические методы.
– Кто финансирует проекты? В чем заслуга каждого партнера?
– Деньги выделяют, в основном, немецкие фонды DFG и DAAD. Иностранные и международные фонды не стремятся развивать науку в России, но довольно охотно выделяют средства “на нашу работу на их территории”. Конечно, очень хочется делать работы мирового уровня в России, но это непросто. Я благодарен РФФИ, без него мы не смогли бы оборудовать лабораторию в Новосибирске так, что она готова решать задачи того же уровня, что и в Германии. Но финансирование текущей работы недостаточно для того, чтобы выдержать конкуренцию. Поэтому самые значимые работы мы выполняем, как это ни грустно, в той же Германии. Ни в чем не могу упрекнуть своих партнеров – мы честно работаем вместе, публикуемся, в своих выступлениях они обязательно упоминают мои заслуги. Но… кого запомнит научная общественность? Того, кто докладывает, или того, о ком упомянули в ходе доклада?
Все-таки хочется делать красивые работы дома, на Родине!

Фирюза ЯНЧИЛИНА
Фото предоставлено С.Конченко

Нет комментариев