Евгения ДЕГТЯРЕВА:«Идеи рождаются в голове, а потом реализуются в эксперименте»

Евгения Дегтярева — аспирант, инженер-исследователь Института органической химии им. Н. Д. Зелинского РАН. В своей последней работе Евгения и ее коллеги показали, что каталитические реакции с участием тиолов возможны, если подобрать «правильную» каталитическую систему, хотя обычно тиолы считаются каталитическими ядами. Применение соединения палладия, содержащего N-гетероциклический карбеновый лиганд, позволило синтезировать ранее недоступные винилсульфиды из широкого ряда тиолов по простой реакции присоединения к алкинам. Интересен этот процесс тем, что такие продукты имеют большие перспективы для синтеза новых полимерных материалов, а исходные реагенты находятся в природном сырье – в нефти.

Аспирант Евгения Дегтярева занимается металлокомплексным катализом, органическим синтезом с использованием нефти в качестве реагента, а также исследует возможность применения технологии 3D печати в химии.

Тиолы (меркаптаны) — это органические вещества, сернистые аналоги спиртов, имеющие общую формулу RSH. Их отличительной чертой является специфический запах, ощутимый даже при малых концентрациях в воздухе. Всем знакомый запах бытового газа обусловлен добавкой этантиола, который люди ощущают уже при концентрации 1 часть этантиола на 50 млн. частей воздуха.

Ученые из лаборатории В.П. Ананикова продолжительное время занимаются изучением реакции металл-катализируемого присоединения тиолов к алкинам. Идея этого проекта возникла на основе того, что в качестве источников тиолов может использоваться нефть. Лозунгом проекта стала фраза Д.И. Менделеева: «Сжигать нефть, все равно, что топить печку ассигнациями».

— Мы решили, почему бы вместо того, чтобы избавляться от этих компонентов нефти [от тиолов], не попробовать использовать их в нашей химии. Вместо того, чтобы относить их к «вредным», ненужным и мешающим, мы рассматриваем их как ценные реагенты.

Нефть – это сложная многокомпонетная смесь, содержащая как «полезные» углеводороды, которые используются в качестве топлива, так и «вредные» вещества — серосодержащие компоненты (меркаптаны, сульфиды, дисульфиды, тиофены и др.). На нефтеперерабатывающих предприятиях в первую очередь избавляются от сернистых соединений вместо сернистых составляющих, поскольку они, помимо неприятного запаха, ухудшают эксплуатационные характеристики топлив, вызывают коррозию аппаратуры и делают невозможной дальнейшую переработку нефти из-за способности «отравлять» катализаторы. Основным способом удаления соединений серы является гидроочистка – процесс, направленный на разрушение серосодержащих соединений. Он протекает под высоким давлением водорода, и в результате из молекул «вырывается» сера и образуется сероводород. В дальнейшем этот сероводород перерабатывается в чистую серу, а из неё в свою очередь по длинной и сложной цепочке химических превращений снова могут быть получены тиолы. Из-за этого процесс нефтяная промышленность ежегодно теряет миллионы тонн ценных соединений, переводя их в молекулярную серу.

Сера широко используется в полимерной промышленности, поскольку кардинально изменяет свойства материала. Она улучшает оптические свойства полимеров, увеличивает показатель преломления, улучшает пластичность и термические параметры. Исследователи решили попытаться получить винилсульфиды из тиолов нефти. Однако этот процесс имеет ряд трудностей. Так, изучение литературных данных показало, что на сегодняшний день разработано несколько каталитических систем, позволяющих провести селективную реакцию присоединения алифатических тиолов (основной класс встречающийся в нефти) к алкинам. Однако все эти системы предъявляют высокие требования к отсутствию влаги и кислорода в системе.
Ученые из ИОХа предложили способ решения этой проблемы: разработанная каталитическая система на основе палладия оказалась эффективна в реакции присоединения разнообразных тиолов и не чувствительна к кислороду и влаге.

— Все рождается в голове, а потом в эксперименте. Сначала изучаешь литературу, потом много работаешь руками. Было сложно найти катализатор, который бы «запустит» эту реакцию. Это большой пласт работы, бесчисленное количество реакций, и в абсолютном большинстве случаев отсутствие результатов. Было вложено много усилий.

Вступая в реакцию с алкинами, тиолы превращаются в винилсульфиды – перспективные мономеры для реакции полимеризации. Данный метод атом — экономичен, это означает, что в процессе химической реакции не происходит выделения побочных веществ, все молекулы исходных веществ переходят в продукт без потерь.
— Всех интересует практическое применение данной методики. В продолжении работы мы планируем перейти от чистых реагентов к реализации изначальной задумки по использованию нефти в качестве реагента. Эта работа только начинает развиваться».
По словам Евгении, работа «Катализируемый палладием синтез разветвленных винилсульфидов из тиолов различной природы» – это заслуга всей научной группы. Ей нравится работать в коллективе:
— Когда ты разговариваешь с коллегой и задаешь свой вопрос, то часто получаешь интересную идею или порой даже сам даешь ответ. Это помогает структурировать мысли. Мне нравится обсуждать работу с коллегами, выслушивать их мнения. Мне приятно работать в такой замечательной команде.
Евгения выросла в семье химиков-технологов, что во многом и повлияло на выбор её будущей профессии:
— Я училась на инженера-технолога, а эта профессия на самом деле очень далека от моей текущей работы в лаборатории. Я ставила цель быть технологом, работать на предприятии. И я бы не поверила, если бы мне сказали, что я стану химиком. Все, что ты задумываешь — это одно, а складывается совсем иначе. Сейчас я в науке. И этому очень рада.
В исследовательских институтах по всему миру работают тысячи молодых, перспективных ученых, среди которых много женщин. Часто обсуждается, что существует отличие в карьере мужчин и женщин. Проявляется ли это в науке?
— Отличия, конечно есть, но они больше связаны с индивидуальными способностями. Лично я знаю, что отношусь к науке, гораздо с меньшим фанатизмом, чем мои коллеги-мужчины. Не получается у меня жить только работой, а они же наоборот, не могут иначе. Женщины по другому мыслят, круг задач, которые мы сами себе обозначаем, включает в себя не только работу. Возможно, это связываю с тем,
что женщины гораздо более вовлечены в жизнь семьи, нежели мужчины. Наука — это часть меня, но не могу сказать, что это вся моя жизнь.

[1] Degtyareva E.S., Burykina J.V., Fakhrutdinov A.N., Gordeev E.G., Khrustalev V.N., Ananikov V.P.
''Pd-NHC Catalytic System for the Efficient Atom-Economic Synthesis of Vinyl Sulfides from Tertiary, Secondary, or Primary Thiols'', ACS Catal. 2015, 5, 7208−7213; DOI: 10.1021/acscatal.5b01815