«Мастерство химика передается на кончиках пальцев»

Что такое элементоорганическая химия? Какие важные фундаментальные и прикладные результаты она может дать сегодня? Есть ли в нашей стране собственные оригинальные разработки в этой области? Как мотивировать, увлечь наукой молодежь? Об этом размышляет член-корреспондент РАН Александр Анатольевич Трифонов, директор Института элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова. 

— В этом году вашему институту исполнилось 70 лет. Как он создавался?

— Институт основан в 1954 г. Это соответствовало логике и процессу развития науки. В начале 1950-х гг. стала бурно развиваться новая область химии — химия элементоорганическая. Это пограничная область: до этого были химия неорганическая (химия металлов) и химия органическая (химия углерода, водорода, фосфора, азота). Химия элементоорганическая объединила в себе химию неорганическую и органическую, так как элементоорганические соединения содержат в себе металл или другой элемент, связанный с органическим фрагментом, что делает эти соединения особенными, придает им уникальные свойства. В 1960–1970-е гг., даже в 1980-е гг., когда я был аспирантом, это была очень бурно развивающаяся область науки. Благодаря этому человечество открыло новый вид материи, новые типы взаимодействия атомов, фрагментов в молекуле. Это дало мощный толчок развитию как фундаментальной химии, так и химии прикладной. С тех пор металлоорганическая, элементоорганическая химия прочно вошла в жизнь человечества в самых разных областях.

— В каких, например?

— Это и химия материалов — вот я сижу на стуле из искусственной кожи, и этот полимер наверняка получали с металлоорганическими инициаторами, силиконовыми пластификаторами; это и катализ различных реакций; это и получение материалов для электроники, функциональных материалов самого широкого спектра. Плюс огромная сфера применения — медицинская, фармацевтическая химия. Это был мощный прорыв. Металлоорганическая химия очень тесно связана с катализом. Благодаря ее развитию во многом стали понятны механизмы многих каталитических реакций.

— Кто был основателем института?

— Институт был основан академиком Александром Николаевичем Несмеяновым, имя которого он теперь носит. Это фигура мирового уровня: потрясающий ученый, один из величайших организаторов науки. Это в моем представлении просто герой эпохи Возрождения в смысле своего мироощущения, миропонимания, широты взглядов. Человек прекрасно образованный. Ему удалось создать новую химию в России, достичь самого высокого признания в мире. Он был членом всех возможных организационных комитетов, редакций, профессором и почетным доктором очень многих университетов. Есть несколько именных реакций, например диазометод Несмеянова, реакция Волькенау — Несмеянова. Он был прекрасным лектором, на чьи лекции в МГУ собирались не только химики, но и представители других интеллектуальных профессий. Александр Николаевич — редкий пример человека, которому удалось соединить в себе блестящего ученого и потрясающего организатора науки.

— Он ведь был президентом Академии наук СССР?

— Да, при Сталине, в течение десяти лет. Сами понимаете, какое было время — совсем не «вегетарианское», «плотоядное». Тем не менее во время его президентства было создано Сибирское отделение АН СССР. При нем был создан Всесоюзный институт научно-технической информации. Каким пониманием нужно было обладать, чтобы уже тогда знать, что информация — это все! Он пять лет был ректором МГУ, при нем построили знаменитую высотку на Ленгорах. У нас в архиве есть фотография, где он с Б.М. Иофаном на строительстве стоит в котловане чуть ли не по колено в грязи. Он долго был академиком-секретарем нашего отделения, 13 лет был директором Института органической химии. И, увлекшись химией элементоорганической, решил создать новый институт. И ему это удалось.

Он решил этот вопрос блестяще. Институт на тот момент был одним из игравших первую скрипку на международном уровне в элементоорганической химии. Ему удалось собрать и воспитать целую плеяду блестящих ученых. Это были люди, имена которых вписаны в историю создания элементоорганической химии. У нас был прекрасный по тем временам приборный парк, использовались самые современные экспериментальные и физико-химические методы анализа. Конечно, это создало институту репутацию, которую мы стараемся сохранять. Это бренд, который до сих пор узнаваем на мировом уровне. Хотя с годами ситуация, конечно, меняется…

— А как она меняется?

— Синтетическая металлоорганическая, элементоорганическая химия экспериментально сложная, очень тонкая. Воспитать хорошего химика очень трудно — мастерство передается, что называется, на кончиках пальцев. Привлекательность естественно-научных профессий падает, работа в науке становится менее престижной. Это не только российская тенденция. Сейчас молодежь амбициозная, хочет добиться в жизни успехов, не спешит идти в естественные науки. Тут нужно иметь определенный склад ума, характера, постоянно напрягать голову. В целом КПД невысок: когда ты оцениваешь огромные энергетические, психологические, временны́е затраты и достигнутый карьерный результат, «монетизированный» в форме каких-то жизненных благ, то это не в пользу выбора профессии ученого. Наверное, практичнее быть экономистом, юристом или предпринимателем, это принесет больше бонусов.

— Но есть молодежь, которая с увлеченностью идет в науку?

— Конечно! Со склонностью к занятию наукой всегда рождается какой-то процент людей, и они к нам приходят, слава богу. Может быть, меньше, чем раньше, потому что отношение в обществе к интеллекту и знаниям изменилось не в лучшую сторону. Но талантливая, интересующаяся молодежь есть. Здесь другая проблема: их нужно направлять и воспитывать.

— Чем сегодня живет и дышит институт, какие научные исследования здесь ведутся?

— Если сравнивать со временем А.Н. Несмеянова, круг тематик, разрабатываемых в институте, несколько уменьшился. В советское время в институте работали 1,5 тыс. человек, и в своих исследованиях он покрывал бóльшую часть таблицы Менделеева. В 1990-е гг. некоторые школы исчезли, много сотрудников уехало за границу, кто-то ушел на пенсию. Но институт по-прежнему известен, заметен на мировом уровне, у него есть своя ниша, это по-прежнему школа, которую все знают. И связано это с тем, что наличие школы в экспериментальной науке играет очень важную роль, которая сейчас, к сожалению, недооценена.

В институте было много разных ярких направлений, создавших славу российской науки, и это надо поддерживать, потому что на ровном месте ты такое не создашь, будь хоть семи пядей во лбу. Важно, чтобы кто-то передавал не только знания, но и экспериментальные навыки, умения. С экспериментальной точки зрения химия — очень сложная наука. Это и наука, и ремесло. Я всегда говорю аспирантам и студентам, что в моем понимании химия из всех естественных наук ближе всего к искусству. Можно почувствовать себя скульптором, творцом. Ты придумал молекулу, ты можешь своими руками ее собрать — так, чтобы тот объект, который ты делаешь, обладал определенными свойствами. Это и есть задача химика. На самом деле химия представляет собой основу если не всего, то очень многого.

— А ведь это мало кто понимает!

— В нынешнем социуме значение химии страшно недооценено. И это может иметь печальные последствия. В основных направлениях Стратегии научно-технологического развития РФ перечислены цифровые технологии, эффективная ресурсосберегающая энергетика, персонализированная медицина, высокопродуктивное устойчивое сельское хозяйство и т.д., но нет ни одного слова в явном виде про химию. Надо понимать, что, например, материалы для цифровых технологий, хранения информации, ее сверхбыстрой обработки нельзя создать без химии. Нужно, чтобы химики сначала создали материал. О какой персонализированной медицине можно говорить без разработки новых препаратов для развития диагностики и терапии, без участия химиков? И так во всем. Сельское хозяйство, энергетика... Их развитие невозможно без химиков.

— Давайте перейдем к конкретным задачам, которые сейчас выполняет ваш институт. Какие они?

— Начнем с того, что у нас четыре отдела, в которых лаборатории сгруппированы по основным направлениям. Мы по-прежнему решаем целый ряд важных задач. У нас есть отдел металлоорганической химии, элементоорганической и органической, полимерный отдел и отдел физико-химических исследований. Мы в своей работе руководствуемся основными направлениями Стратегии научно-технологического развития РФ, о которых я уже говорил. Это очень важно сейчас. Благодаря сложившейся геополитической ситуации российская наука получила шанс продемонстрировать свой потенциал и значимость для экономического развития страны. Ситуация из разряда «не было бы счастья, да несчастье помогло».

— Что это значит?

— Сейчас российские химики очень востребованы. Связано это с решением проблем импортозамещения, обеспечения технологического суверенитета страны. Мы должны воспользоваться этой ситуацией: к нам сейчас повышено внимание реального сектора экономики, и важно не упустить время. Важно показать, что такая изысканная химия, всегда считавшаяся глубоко фундаментальной, может быть необходимой для развития страны, ее технологического потенциала. Мы сейчас работаем и с «Росатомом», и с «Газпромнефтью», и с другими структурами.

— Какие у вас совместные проекты?

— Есть ряд очень интересных проектов. Недавно на основе конкурса, проводимого Министерством науки и образования РФ, институту было выделено дополнительное финансирование на создание двух молодежных лабораторий (а всего их в институте уже четыре), деятельность которых направлена на решение важных прикладных задач. Одна из них — разработка методов синтеза новых хиральных аминокислот небелкового происхождения. Эти соединения важны для развития фармацевтики, создания новых средств защиты животных и растений для сельского хозяйства. Вторая тематика, успешно развивающаяся в сотрудничестве с «Росатомом», направлена на создание новых радиофармпрепаратов для терапии онкологических заболеваний. Были интересные проекты с «Росатомом» по разработке новых экстрагентов для переработки отработанного ядерного топлива. В институте очень многое делается для создания новых каталитических подходов к получению практически значимых соединений, функциональных и конструкционных полимеров, материалов для оптоэлектроники, водородной энергетики. Ведутся работы высочайшего уровня по разработке фармпрепаратов различного назначения, разрабатываются катализаторы, без которых трудно представить дальнейшее повышение глубины переработки углеводородного сырья. В одной из лабораторий был разработан катализатор, который уже начинает реально внедряться в промышленности, несколько предприятий купили лицензии на наш патент, и это очень важный момент.

— Что это за катализатор?

— Это катализатор депарафинизации нефти, позволяющий увеличить глубину переработки нефти и улучшить качество получаемого дизельного топлива. Очень интересные прикладные работы ведутся в лаборатории кремнийорганических соединений. Лаборатория носит имя академика Кузьмы Андриановича Андрианова, который ее создал. Руководит ею сегодня академик А.М. Музафаров. К.А. Андрианов был одним из столпов советской химии, создавшим химию и промышленность силиконов в Советском Союзе.

У нас есть очень хороший отдел физико-химических исследований, его богатый парк приборов и специалисты высокой квалификации позволяют проводить идентификацию элементоорганических, органических, координационных соединений. Исторически у нас очень сильные школы рентгеноструктурного анализа, спектроскопии ядерного магнитного резонанса, молекулярной спектроскопии.

— Вы сказали о сильной приборной базе. Удается покупать новое оборудование?

— Да, мы активно участвуем в программе по обновлению приборного парка в рамках нацпроекта «Наука и университеты». Мы уже пять лет в этой программе, очень хорошо обновили наш приборный парк, создали новую полную линейку масс-спектрометрических приборов. Покупали осознанно, четко понимая, какие есть задачи и какие нам нужны для этого приборы.

— В ряде институтов существует проблема закупки и обслуживания импортного оборудования. А у вас?

— Эта проблема существует. У нас есть сотрудники, которые имеют особый талант, «новые Кулибины». Например, сотрудник лаборатории рентгеноструктурных исследований Александр Федорович Смольяков, благодаря таланту которого работают наши дифрактометры. Он может встать к токарному станку и выточить необходимую деталь для реанимации прибора, пусть даже месяц потратить на это.

— Остается ли у вас время на занятия наукой или директорство все поглотило?

— Конечно, это отнимает много времени и сил, но я в первую очередь все-таки ученый. С момента поступления в аспирантуру я занимаюсь редкоземельными металлами. Соединения этих элементов интересны тем, что у них уникальные физико-химические свойства. Ядра большинства из них магнитные, и большинство из этих соединений люминесцентные. Причем с очень узкими полосами эмиссии, с определенными частотами. И большинство магнитов, которыми мы пользуемся в повседневной жизни, содержат соединения редкоземельных металлов. Соединения этих элементов находят применение в катализе, в медицинской диагностике. Почти все контрастные реагенты для ЯМР-томографии — это соединения лантаноида гадолиния. Поэтому тут огромная сфера деятельности. Для нас это очень важно еще потому, что мы после Китая — второй в мире обладатель разведанных запасов редкоземельных металлов.

— Но ведь своего производства сейчас нет?

— К сожалению, производство, которое было развито в советское время, сейчас уже практически перестало существовать, но над этим надо работать. У меня есть несколько проектов, связанных с химией материалов и с катализом. Всегда же интересно, когда есть несколько проектов. Вообще, я отношусь к тем ученым, которые считают, что раз в пять лет надо обновлять свои научные сюжеты. Это не только интересно, но и достаточно прагматично в наше время, когда мы живем в основном за счет грантов. Когда у тебя одна тема идет не очень хорошо, а другая идет хорошо, можно содержать лабораторию за счет этих денег. Да и катализ меня давно интересует, это очень интересная тема. Я в свое время после защиты кандидатской диссертации три года работал в Париже у профессора Анри Кагана, одного из основоположников асимметрического катализа. Эта тема запала мне в душу, и мы в лаборатории до сих пор занимаемся новыми каталитическими процессами. Есть идея для решения ряда таких вопросов — перейти от использования дорогих и часто токсичных металлов, например поздних переходных металлов, на более дешевые и доступные, более экологичные. И основным интересным направлением, которое возникло у меня в лабораториях, стало использование соединения щелочноземельных металлов, например кальция, в каталитических реакциях и в частности — для активации связей СН. Тема очень важная и интересная, тут мы достигли хороших результатов.

— Почему эта тема важная?

— Во-первых, мы предлагаем новую парадигму активации связей, например, «углерод — водород», активации кратных связей «углерод — углерод», что позволяет нам создавать новые связи. Ведь задача химии — либо создать новую связь, либо разорвать старую. И вот мы успешно рвем или создаем связи.

— А зачем нужно создавать новые связи или рвать их?

— Это новые свойства, новые молекулы, новые материалы или новые биологически активные вещества. Например, на соединениях кальция мы можем сейчас делать с высокими скоростями, с прекрасными конверсиями, с очень высоким контролем регио- и хемоселективности. Берем, скажем, какой-нибудь олефин, присоединяем к нему молекулу амина NH или фосфина PH, и у нас получается соединение с новыми свойствами. А если мы туда вводим азот- или фосфорсодержащий фрагмент, с большой долей вероятности можно получить новую молекулу, обладающую биологической активностью. Тогда мы можем создать новые подходы в рамках развития «зеленой» химии, атом-экономной химии.

— Вы уже заранее знаете, какие связи нужно создать или разорвать, программируете эти возможности, или делаете наобум?

— Мы всегда стараемся идти от стоящей задачи, от того, зачем нам это надо. Играть с молекулами тоже интересно, но сейчас не то время: нужно думать о чем-то потенциально полезном.

— И какие уже удалось создать новые полезные соединения?

— Мы разработали новые эффективные катализаторы реакций гидроаминирования и гидрофосфинирования олефинов. Эти реакции как раз атом-экономные, безотходные процессы, позволяющие получать новые амины и фосфины. Разработаны катализаторы обратимого гидросилилирования азотсодержащих гетероциклов. Большинство из тех объектов, с которыми мы работаем, представляют собой структурные компоненты биологически активных соединений или даже препаратов. Мы можем проводить эту реакцию с высокой степенью контроля. И что самое главное в катализаторах, которые мы разработали, — это их способность катализировать как прямую, так и обратную реакцию. Например, при комнатной температуре идет реакция присоединения силана. А если мы поднимаем температуру до 90°, тот же самый катализатор у нас катализирует обратную реакцию: отщепление силана и регенерацию ароматической системы. Используя этот подход, мы можем делать новые гетероциклические фрагменты.

Очень интересный проект у нас развивается сейчас по мономолекулярным магнетикам. Соединения лантаноидов хороши тем, что они и магнитные, и люминесцентные, как я уже сказал. И мы создали линейку мономолекулярных магнитов, которые к тому же выступают и металл-центрированными эмиттерами: они люминесцируют. Такие бифункциональные молекулы могут быть интересными для создания квантовых компьютеров, для медицинской диагностики. Несколько лет назад мы участвовали в большом европейском проекте по созданию новых контрастных реагентов для ЯМР-томографии, для медицинской диагностики в целом. Мы делали наночастицы лантаноидов, гадолиния в частности, с полицианометаллатными анионами, покрывали их органической «шубой», чтобы стабилизировать их, обеспечить их растворимость в физиологических средах и проникновение через клеточные мембраны. Были получены интересные результаты.

— Какие конкретно?

— Мы в России проводили синтез наночастиц, французы исследовали магнетохимию, в Португалии исследовали люминесцентные свойства, в Испании изучали цитотоксичность, в Италии проводили эксперименты по ЯМР-томографии. Исследовали на клетках, червяках и мышах. Получился очень хороший коллектив. Мы создали перспективные наночастицы,  которые могли бы использоваться для диагностики как контрастные реагенты в ЯМР-томографии.

— Эти наночастицы где-то применяются?

— Нет. Мы дошли до определенного уровня предклинических исследований. Показали, что можем их делать, они обладают определенными свойствами, и по своим свойствам они превосходили наиболее широко используемый сейчас коммерческий препарат «Омнискан». Но чтобы довести это до реального клинического применения, нужны огромные деньги. На уровне академии наук или университетской науки в Европе такой проект запустить не получается.

— То есть они нигде не применяются. Не только у нас, но и у них. Зачем же все это было нужно?

— Наша основная задача — создание фундаментального знания. Конечно, это знание настолько близко к практике, что сразу хочется его применить. Очень хочется. Если бы нашлись деньги, инвесторы, можно было бы довести и до применения. Когда мышам вводили наночастицы, было очень хорошее селективное распределение по органам. Это перспективно, это надо развивать, над этим работать — мы с этим совершенно согласны. Но проект закончился. Были защищены три диссертации: в России, Португалии и во Франции. Но дойти до клинического применения очень тяжело, такая возможность есть далеко не всегда.

— Какие идеи вам бы хотелось обязательно осуществить?

— Во-первых, мне бы хотелось, чтобы мы были ближе к жизни и ориентировались на те задачи, которые можем решить. В этом плане мы бы могли очень хорошо поработать и в химии материалов благодаря тому, что у нас очень сильный полимерный отдел, причем с нашей экологической нишей. Особенность наших полимерщиков в том, что они много лет сконцентрированы на разработке очень специфических материалов. Это термостойкие полимеры, обладающие определенной прочностью, физико-механическими характеристиками.

А еще мы могли бы очень много сделать в плане создания материалов для водородной энергетики. Есть работы в области разработки радиофармпрепаратов, магнетиков, люминесцентных маркеров, у нас в институте серьезный задел.

— Как вы думаете, получится?

— Что-то обязательно получится. У нас сейчас большое количество предложений и запросов от ведущих российских компаний, мы неплохо с ними работаем. Не всегда так, как хотелось бы, потому что для того, чтобы химия развивалась, надо давать деньги, а отдавать свои деньги не хотят даже самые богатые компании. Но ничего, работаем. Институт наш по-прежнему на плаву, его знают, ценят и уважают. Думаю, у нас не только великое прошлое, но и прекрасное будущее.

Интервью проведено при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ