Игорь МАШКОВСКИЙ: «Химия — как  детский калейдоскоп каждый раз открывается с новой стороны»

Игорь Машковский — старший научный сотрудник Института органической химии им. Н. Д. Зелинского РАН. В 2016 году Игорь и его коллеги получили грант РНФ, посвященный исследованиям биметаллических катализаторов для реакции тонкого органического синтеза. Ученые смогли получить катализаторы с использованием уникальных биметаллических ацетатных комплексов. Интересен этот результат тем, что исследователям удается получать биметаллический сплав в очень мягких условиях.

Кандидат химических наук Игорь Машковский занимается исследованием гетерогенных биметаллических катализаторов и интерметаллических соединений в реакциях газофазного и жидкофазного селективного гидрирования и кросс-сочетания, а также изучением их структуры с привлечением современных физико-химических методов анализа. Ученые из лаборатории № 35 под руководством проф. А.Ю. Стахеева продолжительное время занимаются изучением биметаллических катализаторов.

— Одно из преимуществ гранта РНФ заключается в том, что он позволяет нашим аспирантам подготовить диссертационную работу на хорошем экспериментальном и теоретическом уровне, предоставляет возможность тесно взаимодействовать с коллегами из других лабораторий и исследовательских центров, обмениваться опытом. Грант РНФ — это совершенно другой уровень научных исследований,- признался Машковский.

Биметаллические катализаторы широко применяются в промышленности в силу своей высокой активности и термической стабильности. Одним из достоинств подобных систем является возможность варьирования каталитических свойств в широких пределах введением второго компонента. Селективное гидрирование ацетиленовых соединений относится к одной из ключевых промышленных и лабораторных реакций. Это обусловлено тем, что многие важные органические синтезы основаны на образовании новых углерод–углеродных связей с использованием ацетиленовой группы –С≡СН с последующим селективным гидрированием полученного дизамещенного алкина. Таким образом, на стадии селективного гидрирования образуются цис- и транс-алкены, широко применяющиеся в фармацевтической промышленности, производстве пищевых добавок, парфюмерии и т.д.
В гидрировании алкинов весьма эффективны палладиевые катализаторы, однако на них с высокой скоростью протекает полное гидрирование образующихся алкенов до алканов. В настоящее время в промышленности широко применяется катализатор гидрирования Линдлара – 5% Pd–PbO/CaCO. Однако, несмотря на более высокую селективность действия, он имеет ряд серьезных недостатков: присутствие в его составе значительного количества токсичного свинца и высокое содержание благородного металла.

— В гидрировании основной металл — это палладий. Палладий высокоактивен, но он дает недостаточную селективность в области высоких конверсий. И основная задача исследователей сводится к тому, чтобы увеличить селективность именно в области высоких конверсий,- пояснил Игорь.- Подготовить публикацию по катализу достаточно сложно. Теоретически ты рассчитываешь на определенный положительный эффект катализатора, а на практике может получиться, что катализатор в силу тех или иных причин не работает и все приходится начинать сначала.

Одним из эффективных методов повышения селективности действия палладиевых катализаторов является введение в их состав второго металла с образованием биметаллических частиц. Перспективный подход состоит в использовании гетероядерных биметаллических комплексов, в которых Pd и второй металл прочно связаны друг с другом. Подобная структура позволяет сохранять тесный контакт между металлами на всех стадиях приготовления и активации катализатора, что обеспечивает образование гомогенных биметаллических частиц.

— Для обеспечения высокой селективности нам нужно получить биметаллические частицы в структуре катализатора. При использовании традиционных методов приготовления для образования хорошего биметаллического сплава нужны высокие температуры активации. Наш подход заключается в использовании биметаллических ацетатных комплексов Pd со вторым металлом в качестве предшественника активного компонента. Эти комплексы с успехом синтезируются в ИОНХ РАН в лаборатории проф. М.Н. Варгафтика, нашего постоянного соавтора и одного из инициаторов и, если можно так выразиться, родителей данного исследования. Комплекс синтезирован таким образом, что два металла изначально связаны ацетатными мостиками и на всех стадиях предварительной подготовки и активации катализатора находятся в тесном контакте, что дает нам возможность получать биметаллический сплав в очень мягких условиях.
Катализаторы на основе биметаллических ацетатных комплексов помимо практического, представляют также и теоретический интерес, поскольку могут быть использованы не только в реакциях селективного гидрирования, но и в различных процессах основного и тонкого органического синтеза.

— Эта работа зародилась еще на стадии моей кандидатской диссертации. Мы тогда изучали процессы газофазного гидрирования ацетиленовых соединений на примере важной промышленной реакции гидрирования ацетилена в избытке этилена. Был разработан биметаллический катализатор, который с хорошей селективностью гидрировал ацетилен в газовой фазе, практически полностью удаляя его из смеси с этиленом. Нам стало интересно, сохранит ли катализатор свои свойства при проведении реакции в жидкой фазе. Так появился молодежный грант РФФИ, в рамках которого мы начали применять свои наработки для жидкофазных процессов. Тогда нам удалось нащупать первые ниточки, потянув за которые мы начали разматывать сложный клубок взаимодействий в системе «катализатор-реакционная среда-растворитель». В настоящее время эта работа вылилась в большой исследовательский проект для лаборатории в рамках РНФ. Уже сейчас мы разбираемся в механизме процесса и пытаемся управлять активностью и селективностью на атомарном уровне, ускоряя или замедляя реакцию. В настоящее время мы подготовили к публикации серию статей, посвященных Pd-In катализаторам в жидкофазном гидрировании различных замещенных алкинов.

Игорь окончил МИТХТ им. М.В. Ломоносова, и далее аспирантуру в ИОХ РАН. Как признается молодой ученый, готовился стать переводчиком, а в итоге жизнь связал с химией:
— На самом деле, химия выбрала меня сама. Я не успевал по срокам подать оригиналы документов в иняз и в результате, чтобы не терять год, вместе с одноклассниками поступил в МИТХТ. Серьезных планов, касающихся науки тогда не было, но постепенно, открывая для себя все новые и новые грани, влюбился в химию.
Молодой исследователь считает, что химия – это искусство. Чтобы приготовить хороший катализатор, прежде всего, нужно вдохновение. Ведь без него даже подробная методика синтеза не всегда помогает.
— Химия — наука о непознанном, область магии и чудес. Она как детский калейдоскоп всякий раз открывается с новой стороны.
Как признался И. Машковский, даже у химиков иногда бывает спад сил. Если что-то не получается, то нужно на время оставить все дела, передохнуть, успокоиться, включить диск Моцарта или Чайковского и все сразу встанет на свои места.
— Какими качествами должен обладать ученый? И какой совет Вы бы дали начинающим ученым?
— Стрессоустойчивость, вдохновение, желание довести работу до конца. Человеку должно быть интересно то, чем он занимается. Глаза должны гореть, чтобы было желание творить. и идти к намеченной цели.
В дальнейших планах у молодого исследователя продолжить заниматься наукой.
— В рамках гранта РНФ мы надеемся подготовить публикации, которые будут полезны для мирового научного сообщества. Я уверен, что по уровню экспериментального оснащения и полученных результатов, мы уже сейчас легко конкурируем не только с ведущими отечественными, но и с мировыми научными исследовательскими центрами и можем предложить свои результаты высокорейтинговым научным журналам. Все в наших руках!

СПРАВКА ИОХ РАН:

Машковский Игорь Сергеевич
Дата рождения: 7 июля 1979
Кандидат химических наук
Специальность: катализ
Октябрь 2006 – Декабрь 2009
Аспирантура Института органической химии им. Н. Д. Зелинского РАН, Лаборатория катализа нанесенными металлами и их оксидами. Москва.
Специализация: катализ
Кандидат химических наук
Сентябрь 1996 – Июнь 2002
Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова. Кафедра технологии нефтехимического синтеза и искусственного жидкого топлива им. А.Н: Башкирова (ТНХС и ИЖТ)
Специализация: Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов
Инженер
Опыт работы
март 2002- н.вр.
Институт органической химии им. Н. Д. Зелинского РАН, Лаборатория катализа нанесенными металлами и их оксидами. Москва.
Научные интересы
биметаллические катализаторы, интерметаллические соединения, реакции селективного гидрирования, реакции кросс-сочетания, гетерогенный катализ, физико-химические методы исследования