г. Москва, Ленинский проспект, 47
Телефон: +7 499 137-29-44
Факс: +7 499 135-53-28
27 ноября 2014 г.

Частички чёрта в нем. Проверка стандартного реактива вызвала сенсацию в химическом сообществе

С  молодым членом-корреспондентом РАН Валентином Ананиковым, заведующим отделом и лабораторией Института органической химии им. Н.Д.Зелинского РАН, мы встречались не раз. И рассказывали на страницах “Поиска” о наиболее важных подвижках в исследованиях ученого. Скажем, в области ЯМР-спектроскопии лаборатория Валентина Павловича провела ни много ни мало миллион измерений - рекорд в этой области. А за создание новых нанокатализаторов Немецкое химическое общество удостоило В.Ананикова, первого среди отечественных исследователей, престижной премии. Сегодня речь вновь пойдет о наночастицах - их чрезвычайно интересных и неожиданных особенностях, сотворивших сенсацию в химическом сообществе. Оказалось, химики взаимодействуют с ними (наночастицами), вовсе о том не подозревая.

А началось все с того, что в лабораторию Ананикова пришел “правильный” - чрезвычайно любознательный и внимательный - аспирант Сергей Залесский. Как-то он проводил рутинные измерения (снимал спектр с очень известного химического соединения) комплекса палладия. Он помогает получать растворимые гомогенные катализаторы - основу многих каталитических процессов, широко применяемых, например, в фарминдустрии, а также при создании новых материалов. Это очень динамично развивающаяся в мире область химии, однако у нас, к сожалению, металлокомплексным катализом занимаются всего несколько групп.
Аспирант, между тем, нашел в спектре растворенного реактива лишние сигналы. Обычно их, скажем, 30, а на этот раз вышло 32. Такие случаи бывают сплошь и рядом, а потому химики мало обращают на это внимание: ведь в спектре есть все нужные сигналы. Но не таков Сергей Залесский. Раз есть лишние, пусть и незначительные, сигналы, он решил выяснить причину их появления.  
Анаников настойчивость сотрудника всячески поощрял. Как только появляется интересный спектр, а в нем обнаруживается какое-либо несоответствие, обязательно нужно узнать, не скрыто ли здесь чего-либо важного. Благодаря такой настойчивости было сделано немало интересных находок. Так оказалось и на этот раз. Месяца два Залесский искал ответ, проделав поистине гигантскую работу: он буквально “распотрошил” сигналы, проведя всевозможные анализы, и получил совершенно неожиданный результат.
- В хорошо известном реактиве на основе комплекса палладия, - рассказывает Валентин Анаников, - он служит химикам для получения катализаторов уже лет 50, обнаружились наночастицы металла. Оказалось, что в стандартном комплексе с заданными, точно известными свойствами спонтанно происходят реакции - и в результате образуются наночастицы. Причем в довольно большом количестве. Мы тут же закупили наборы реактивов у нескольких всемирно известных компаний, изготавливающих и продающих эти популярные комплексы. И убедились: все они имеют разные показатели. В одном, скажем, 90% растворимого вещества и 10% наночастиц. В другом соотношение 80 и 20. А в третьей партии число наночастиц достигало аж 40%. Получается, что химики вместо реактивов с заданными свойствами получают... кота в мешке. Поскольку и когда его производят, и когда, уже готовый, он хранится на складе в ожидании заказчика, продолжается образование наночастиц, и заданные свойства изменяются, причем подчас кардинально. Проконтролировать эти неожиданные процессы практически невозможно.
Эффект колоссальный. Во многих реакциях наночастицы становятся более активными, например в катализе. Естественно, он идет уже совершенно иначе, поскольку вызывает его вовсе не сам реактив, а примеси наночастиц в нем. И химики получают вещество с параметрами, на которые никак не рассчитывали. Сам по себе этот неожиданный  результат может представлять определенный интерес, однако повторить реакцию невозможно. Пока шла подготовка к опыту, количество наночастиц изменилось - и они повели себя по-другому. В итоге выходит, что химикам очень непросто стабильно синтезировать искомые продукты. 
Выяснилась еще одна любопытная деталь. Традиционно ученые отличают гомогенный катализ, идущий с растворимыми комплексами металлов, от гетерогенного - с нерастворимыми. Но когда мы стали глубже вникать в эти процессы, то убедились: в чистом виде осуществить оба катализа для реакций в растворе очень трудно. А все благодаря непредсказуемому поведению наночастиц. 
И вот следствие. Считалось, что наноразмерные катализаторы безопасны для применения. Теперь же мы понимаем, что это не совсем так. От наноразмерного катализатора отрываются небольшие фрагменты - кластеры и в конечном итоге попадают в продукт (явление вымывания катализатора в раствор). Это значит, ни больше ни меньше, что токсичные соли тяжелых металлов, палладия в частности, могут оказаться, скажем, в медицинских препаратах, элементах солнечных батарей или светодиодах и значительно ухудшить их свойства. Легко понять наше беспокойство: мы получаем не чистое вещество, а загрязненное. Такой сюрприз таили в себе два лишних малозаметных сигнала.
Явление, обнаруженное С.Залесским и В.Ананиковым, открытием вряд ли назовешь, но сенсацию в химическом сообществе оно вызвало небывалую. Статью за подписями химиков ИОХ без промедления опубликовал в мартовском номере за этот год ведущий журнал американского химического общества (DOI:10.1021/om201217r). Она вызвала буквально шквал откликов по всему миру. Одни издания ее перепечатали, другие на нее ссылались. Статья оказалась в Интернете, ее обсуждали в блогах - редкий случай в химическом мире. Появилось множество высказываний и комментариев: публикация попала, что называется, в “больное место”. Авторы получили массу поздравлений со всего мира. “Мы всегда чувствовали что-то неладное и ждали, когда нечто подобное обнаружится”, - общее мнение пораженных химиков. 
Очень престижный журнал “Химические и инженерные новости” (C&EN), также издаваемый американским химическим обществом, между прочим, один из самых читаемых в мире, не обошел вниманием детективную историю с наночастицами и дал статью под названием “Нанонеприятности”. Главная ее мысль: находка, сделанная в ИОХ, меняет наше представление о катализаторах и каталитических процессах в органическом синтезе. И все из-за наночастиц, образующихся в тайне от химиков. Теперь же их (наночастицы) схватили “за руку” - и они не смогут строить козни ученым.
Бурная реакция научного сообщества вполне объяснима. В этой области химики проводят тысячи, если не десятки тысяч исследований. Конечно, их результаты никто под сомнение не берет. Однако очень многое, относящееся к фундаментальному знанию, придется пересмотреть. Как и к прикладной науке. Чтобы получать чистые химические соединения, лекарства в первую очередь, нужно будет ужесточить технологии. Перемены ждут, безусловно, и фирмы - поставщики реактивов: им придется ввести тщательный контроль всего, что они продают, регламентировать сроки хранения и доставки. А химики, прежде чем приступать к опытам, должны будут тщательно проверять качество реактивов, даже хорошо известных и, на первый взгляд, простых. Раньше, доверяя репутации поставщиков, так поступали очень немногие лаборатории, сегодня, думается, все. В общем, если и не революция произошла в области металлокомплексного катализа, то, как раньше, уж точно не будет.
А что же виновник сенсации? Оказалось, что Сергею Залесскому недолго пришлось нежиться в лучах славы.
- Известно: чем больше мы находим чего-либо неожиданного, интересного, тем больше возникает вопросов, - подводит итог Валентин Анаников. - Так и в этом случае. А потому в ближайшие два года Сергея Сергеевича ждет ответственная работа. Раз мы столкнулись с одним явлением самопроизвольного образования наночастиц, значит, нужно проанализировать и другие комплексы металлов - никель, медь, платину... Не преподнесут ли сюрпризы и они? Образуются ли и в них наночастицы даже при хранении? То, что произошло с палладием, частный случай или общий?
...Глядя на автора нанодетектива - Сергея Залесского, невольно подумал:  инициатива наказуема или все-таки поощряема?


Юрий ДРИЗЕ
Фото Николая Степаненкова

Газета "Поиск", №26/2012 



Конференции, проводимые институтом:

Все конференции »

Важные события:

В Институте состоялась лекция профессора Нейдига 15 марта, в среду, в Институте органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН состоялась лекция Prof. Michael L. Neidig (Rochester, New York, USA).
«Химия» искусства и искусство химии Книга «Четыре портрета» (часть1) академика РАХ художника Александра Толстикова и академика РАХ искусствоведа Марии Вяжевич написана на основе впечатлений, полученных авторами во время общения с Народным художником СССР, академиком РАХ Петром Павловичем Оссовским, Народным художником СССР, академиком РАХ Виктором Ивановичем Ивановым, Народным художником РСФСР (РФ), академиком РАХ Дмитрием Дмитриевичем Жилинским и Народным художником РФ, академиком РАХ Андреем Андреевичем Тутуновым – выдающимися отечественными живописцами, яркими представителями изобразительного искусства второй половины XX столетия, так называемыми «шестидесятниками».
Молодые сотрудники ИОХ РАН удостоены  медали Российской академии наук по итогам конкурса 2016 года Коллективу молодых ученых Лаборатории №13 ИОХ РАН присуждена медаль Российской академии наук по итогам конкурса 2016 года для молодых ученых в области общей и технической химии за цикл работ "Пероксидирование и окислительное С-О сочетание карбонильных соединений для синтеза медицинских и агрохимических препаратов".
Руководитель ФАНО России Михаил Котюков поздравляет женщин с Международным женским днем Дорогие, прекрасные и неповторимые! От всего сердца поздравляю вас с замечательным весенним праздником – Международным женским днем!
В ИОХ РАН пройдет заключительный этап Олимпиады школьников СПбГУ С 3-5 марта 2017 года на базе Института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН будет проведен заключительный этап Олимпиады школьников СПбГУ по 14 предметам: биология, география, история, физика, обществознание, химия, право, информатика, математика, экономика, социология, медицина, современный менеджер, инженерные системы.
Все события »