Санкт-Петербург встречает роуд-шоу Национальной премии в области будущих технологий «ВЫЗОВ» (премия «ВЫЗОВ»). 21 и 22 апреля город станет площадкой для вдохновляющих встреч с победителем в номинации «Перспектива» Леонидом Ферштатом, который выступит с научно-популярной лекцией в Политехническом университете Петра Великого и университете ИТМО.
За рамками шаблонов органической химии
За последние годы в нашей научной группе были разработаны различные, высокоселективные методы синтеза интересных молекулярных структур, содержащих большое количество атомов азота. В ходе наших исследований мы получили целые библиотеки различных органических веществ, состоящих более чем наполовину из атомов азота и кислорода. Сам факт достаточно необычен, поскольку органическая химия — химия соединений углерода, а в нашем случае основным «молекулообразующим» химическим элементом выступает азот.
В первую очередь в сфере наших исследований находятся различные гетероциклические азотсодержащие структуры, т.е. такие молекулы, в которых несколько атомов азота вкупе с другими химическими элементами (например, углеродом и кислородом) заключены в цикл. Благодаря такому циклическому строению, синтезированные нами вещества обладают рядом оптимизированных физико-химических параметров: они более термостойки и менее чувствительны к факторам внешней среды. Поэтому такие полиазотные гетероциклические соединения можно использовать в конструировании новых энергонасыщенных материалов.
Кроме того, некоторые синтезированные нами вещества проявляют свойства экзогенных доноров оксида азота. Это очень важно для получения лекарственных препаратов нового поколения, поскольку оксид азота — очень важная сигнальная молекула в организме человека. Правильная регуляция оксида азота отвечает за расширение сосудов, поддержание нужного артериального давления, передачу нервных импульсов
Как рождаются новые химические соединения
Некоторые свойства новых химических соединений мы можем предсказать. Например, исходя из молекулярной структуры, мы можем определить, будет ли новое вещество хорошим донором оксида азота или нет, будет ли оно энергонасыщенным или нет. Тем не менее эта оценка носит, как правило, приблизительный характер и основана на нашем эмпирическом опыте работы с данными веществами.
Разумеется, сейчас существуют различные цифровые подходы, позволяющие предсказывать те или иные свойства предполагаемых химических соединений. Однако в большинстве случаев есть высокий риск, что такие методы не смогут надежно предсказать свойства. Наиболее точную оценку тех или иных свойств новых химических структур можно получить только из эксперимента.
У нас есть две глобальные задачи, которые мы стремимся решить в ходе наших исследований. Одна задача — синтетическая: нам необходимо фактически ежедневно разрабатывать новые синтетические подходы к сборке неизвестных ранее полиазотных молекулярных структур. Для этого нам приходится не только комбинировать известные синтетические методологии, но и изобретать новые синтетические стратегии.
Надо сказать, что это всегда очень увлекательно, ведь мы, по сути, делаем то, что никогда еще до нас никто не делал. Одна эта мысль дает определенный стимул в дальнейшем развитии.
Другая наша задача заключается в оптимизации физико-химических свойств целевых веществ посредством тонкой молекулярной настройки. Иными словами, мы стараемся направленно вводить в структуру вещества определенные молекулярные группировки, чтобы более точно балансировать свойства материала и его энергосодержание или некоторые фармакологические свойства.
Генезис научных открытий
В нашем замечательном Институте органической химии им. Н. Д. Зелинского РАН в течение десятилетий формировались мощные научные школы по разным направлениям органической химии, включая химию азотсодержащих гетероциклов, которой мы и занимаемся. Эти исследования восходят к одним из отцов-основателей Института — академикам Зелинскому и Чичибабину.
Исследования Алексея Евгеньевича Чичибабина практически целиком были посвящены химии азотсодержащих гетероциклов, в то время как Николай Дмитриевич Зелинский больше специализировался в области катализа и нефтепереработки, однако его ученик — член-корреспондент АН СССР С. С. Новиков организовал в 1953 г. в нашем Институте целый Отдел органического синтеза, целью которого было создание нового поколения энергонасыщенных структур в ряду полиазотных гетероциклов. В числе его последователей следует также упомянуть академика РАН В. А. Тартаковского, проф. Л. И. Хмельницкого и Н. Н. Махову, которые многие десятилетия развивали созданную научную школу, и чье дело мы сегодня стремимся продолжать и укреплять.
Конкуренция в нашей области, как и во многих актуальных областях научного знания, достаточно высока. Исследованиями в этом направлении занимаются во многих мировых научных центрах, включая США, Китай, Германию, Индию и много других стран. Поэтому нам очень важно реализовывать наши идеи оперативно, чтобы закрепить приоритет разработок за нашей страной. Благодаря своевременному созданию упомянутой выше научной школы, которая продолжает активно поддерживаться, Россия занимает лидирующие позиции в мировой науке в области химии азотных гетероциклов, и мы стараемся вносить свой вклад в поддержание этого уровня.
Откуда берутся химики
Мне бы очень хотелось, чтобы преподаванию химии (да и вообще всем естественнонаучным дисциплинам) уделялось бы больше времени. Многие школьники с удовольствием бы занялись химией, физикой или биологией, если бы в их школах было больше интересных уроков по этим предметам и были бы реализованы хорошие практикумы. Химия — наука экспериментальная; чтобы загореться химией, нужно обязательно ставить эксперименты, пытаться почувствовать природу веществ, приобщиться к самим молекулам. Лично я в школьные годы всегда предпочитал какие-то серьезные и интересные уроки по математике, химии, биологии, чем тратить время на ту же физкультуру. Думаю, что многие современные школьники могли бы согласиться в этом со мной, надо подстроить учебный план под запросы молодежи, и через несколько лет мы получим новое поколение амбициозных исследователей.
В школе у меня несколько раз менялось представление о том, кем я хочу стать во взрослой жизни. Сначала я хотел стать врачом, потом думал стать экономистом или филологом. В целом я всегда был отличником, и мне сложно было остановить свой выбор на чем-то одном. Но в 10 классе у нас началась органическая химия, которая совершенно неожиданно для меня плохо мне поддавалась. Мне было сложно понять, почему в органических соединениях валентность углерода равна 4, как вообще устроены органические соединения и почему именно так. Вся органическая химия казалась мне какой-то нелогичной. Такое столкновение я воспринял как вызов и решил, что должен во что бы то ни стало освоить органическую химию. И вот неожиданно, штудируя и читая книги и учебники, я втянулся в органическую химию так, что связал свою жизнь с ней. Должен сказать, сам не понял, как я попал в такие крепкие сети.
На мой взгляд, сейчас интерес к химии со стороны молодого поколения активно возрождается. Отчасти это связано с тем, что занятия наукой снова вошли в моду, отчасти — благодаря всесторонней поддержке со стороны государства и созданию молодежных линеек грантов и средств поддержки, ориентированных на привлечение молодых специалистов. Немаловажную роль играет также здоровый пиар: когда на билбордах столицы размещают не только портреты спортсменов и политиков, а еще и ученых, и активно рассказывают, чем полезна и важна наука, то молодежь начинает интересоваться, поддерживать этот вайб и распространять его в своей среде. Так что я уверен, что в ближайшие годы меня ждет мощная конкуренция со стороны подрастающего поколения!
Химия в России на подъеме
На сегодняшний день у нас в стране создано достаточно много научных центров и передовых научных школ, в которых действительно занимаются мировыми научными исследованиями. Я не могу судить за все области науки, но в области химии у нас в стране очень много сильных научных коллективов, которые делают классную науку в Новосибирске, Казани, Томске, Екатеринбурге, Перми, Нижнем Новгороде и ряде других городов. Эти научные группы регулярно публикуют свои интересные результаты в ведущих отечественных и зарубежных журналах, претворяют в жизнь прогрессивные разработки, активно привлекают студентов и аспирантов к занятиям наукой. На мой взгляд, сейчас гораздо важнее понимать, какими исследованиями хочет заниматься молодой ученый, от какого направления у него будут гореть глаза, и уже исходя из этого выбирать ту научную группу, частью которой он готов стать.
Важна здоровая популяризация научных результатов: нужно сообщать обществу о последних и интересных достижениях в науке. В последние годы после введения многочисленных санкций в отношении нашей страны возросла роль создания отечественных производств в области мало- и микротоннажной химии. Продукты химического производства важны абсолютно во всех сферах нашей жизни: от создания новых материалов и лекарственных средств до агрохимикатов, смартфонов и парфюмерии. Поэтому интерес общества и СМИ к российской химии возрос многократно.
Но тут есть несколько нюансов. С одной стороны, не все ученые стремятся рассказывать о своих исследованиях, считая это ненужной тратой времени. С другой стороны, некоторые научные направления весьма трудно объяснить простым языком. Например, многие аспекты органической химии достаточно сложно осветить без использования специальных терминов, которые хоть и были у многих в школе, но с годами благополучно забылись. Поэтому здесь очень важно объединение усилий ученых и журналистов: ученые могут стараться донести свои результаты исследований до массового зрителя доступными словами, а журналисты и редакторы могут стилизовать тексты и допытывать ученых, чтобы максимально доступно изложить эту информацию. Такая синергия позволит четко и достоверно сообщать обществу о самых современных разработках.
«Вызов» принят
Получение такой престижной премии как «Вызов» — это и огромная честь, и колоссальная ответственность. Я безумно благодарен научному комитету премии за высочайшую оценку моих исследований и признание меня лауреатом премии в номинации «Перспектива».
Теперь я считаю своим моральным долгом достойно нести это высокое звание и выводить исследования нашей лаборатории на еще более высокий уровень. Могу сказать однозначно: времени расслабиться попросту нет, в химии еще столько всего неизведанного!
