Елена РЕДИНА: «Ученый-химик как волшебник»

Елена Редина — научный сотрудник Института органической химии им. Н. Д. Зелинского РАН. В рамках гранта РНФ Елена и ее коллеги исследовали синтез золотосодержащих катализаторов, в том числе и биметаллических, в реакциях селективного окисления спиртов и образования связи С-N. Во время работы над проектом они получили гибридные нанокатализаторы, которые в дальнейшем могут использоваться для широкого круга селективных превращений органических соединений. Применяя редокс-синтез биметаллических золотосодержащих катализаторов, ученым удалось получить активные системы для селективного окисления глицерина в молочную кислоту, а также конверсии СО2 в ценные органические продукты, которые эффективно работают в более мягких условиях, по сравнению с мировыми аналогами, а также создать новые гибридные катализаторы с пониженным содержанием благородных металлов, в частности, на мезопористых органокремниевых подложках.

Кандидат химических наук  Елена Редина занимается изучением гетерогенного катализа, катализа на золоте, синтеза катализаторов на основе нанесенных моно- и биметаллических наночастиц, катализом в органической химии, УВ-вид спектроскопией.

Она призналась, что грант РНФ открывает много возможностей не только в материальном плане, но и для реализации своих идей:

— Это шанс работать с другими группами, работать в большом коллективе и получать хороший результат, иметь возможность воспользоваться парком приборов, исследовать катализаторы различными физико-химическими методами, поработать с другими специалистами, обменяться опытом. В рамках гранта РНФ наша работа превращается во что-то единое. Это взаимодействие между группами — катализ, органическая химия, синтез. Мы можем решать некоторые задачи, которые ставят органики, чем-то им помочь.

Кроме того, девушка отметила, что в таких проектах всегда есть возможность обсудить тему со старшими сотрудниками или из другой области, можно получить новые идеи.
В 2011 году Елена на базе ИОХа подготовила магистерский диплом, и далее поступила в аспирантуру ИОХ РАН, а в 2015 году защитила кандидатскую диссертацию по теме «Редокс-синтез биметаллических золотосодержащих катализаторов и их свойства в реакциях селективного окисления этанола, 1,2-пропандиола, глицерина и гидродегидроксилирования глицерина». Как признается автор:

— Институт – это второй дом, это определенная среда, где мы занимаемся не просто работой. Мы изучаем, получаем что-то интересное, новое, иногда непонятное, обсуждаем это со сверстниками и коллегами. В ИОХе есть люди заинтересованные и воодушевленные, вряд ли таких на улице часто встретишь, они здесь концентрируются. ИОХ — образ жизни.

По мнению молодого ученого, химия, как шахматы – это своеобразный стиль мышления, который постепенно складывается с годами, хотя бывает, что кто-то одарен этим с рождения. При этом Елена отмечает:

— Химия — удивительная наука, и она творит поистине необыкновенные вещи. Собственно говоря, вся наша жизнь — это химия. Потрясающие и удивительные химические реакции, которые просто не могут не вызывать восторг. Самая настоящая магия! Ученый-химик как волшебник.

Елена с магией столкнулась во время исследования биметаллических золотосодержащих катализаторов, полученных редокс-методом, в реакциях селективного окисления этанола и глицерина в рамках подготовки кандидатской диссертации. Елена вместе с коллегами из лаборатории Л.М. Кустова изучала наночастицы, содержащие благородные металлы, в том числе биметаллические золотосодержащие наночастицы, и поняла, что чем меньше содержание благородного металла, тем больше активность получаемых катализаторов.

— Это очень неоднозначный, неожиданный и интересный вывод. Безусловно, здесь важен и метод получения биметаллических частиц. Так сложилось, что использованный нами редокс-метод дал такой важный результат. Полученные биметаллические золото-платиновые катализаторы мы использовали для окисления спиртов, для весьма непростого превращения, а именно — получения молочной кислоты из глицерина. В дальнейшем мы собираемся применять наши биметаллические катализаторы для других реакций. Этот эффект можно использовать, например, в реакциях утилизации СО2 с получением ценных органичеких соединений.

Биметаллические системы на основе наночастиц золота представляют особый интерес для катализа и органической химии, поскольку комбинирование золота со вторым металлом позволяет создавать специфические биметаллические структуры, которые способны проявлять каталитические свойства, нехарактерные для монометаллических катализаторов. Использование такого подхода, как редокс-синтез, позволил ученым селективно получать биметаллические наночастицы, нанесенные на различные подложки.

— Работа моя (в рамках гранта) заключается в синтезе наночастиц, содержащих золото, в частности и в комбинации с другими благородными и неблагородными металлами. Использование такой комбинации позволяет нам снизить количество благородного металла, при этом не потерять, а зачастую и увеличить активность получаемых катализаторов, как мы показали на примере окисления спиртов. Надо отметить, что используемый носитель также играет немаловажную роль, поэтому в нашей лаборатории мы также занимаемся и получением новых носителей для катализаторов.

Елена отмечает, что катализ на наночастицах золота – это отдельная, продолжающая удивлять область современной химии.

— Сами по себе золотые катализаторы интересны тем, что свойства их до конца не изучены, а применение в катализе с каждым годом все более расширяется. Недавно в нашей лаборатории мы показали, что нанесение золота на различные модифицированные кремнийсодержащий подложки, позволяет получать активные катализаторы процесса гидроаминирования. Золото, нанесенное на органокремниевый носитель, оказался наиболее активным в реакции получения соответствующего индола из 2-(2-фенилэтинил)анилина. Мы показали перспективность использования гибридных органо-неорганических материалов для катализа в органической химии. В этом направлении будем продолжать работать.

В рамках данного проекта ученые получили новые гибридные нанокатализаторы, которые в дальнейшем предполагается использовать для реакций селективного и парциального окисления, гидрирования, внутри- и межмолекулярного гидроаминирования.
Во время исследования авторы сталкивались с различными сложностями:

— При синтезе нанесенных наночастиц есть такая проблема — частицы могут «не сесть» на носитель, т. е. остаться в растворе, в результате чего мы не добиваемся нужного результата и теряем металл, что особенно не допустимо при работе с благородными металлами. Кроме того, часть металла может теряться в процессе реакции в результате личинга, может происходить укрупнение осажденных наночастиц также в процессе реакции или постобработки каталитической системы. Поэтому очень важно аккуратно подбирать методику синтеза катализаторов, еще на стадии получения наночастиц продумывать все от «а» до «я», чтобы в дальнейшем избежать столкновения с «подводными камнями» катализа. В рамках работы нами были предложены новые подходы к синтезу нанесенных наночастиц, которые позволяют решать указанные проблемы.

Кроме того, Елена с коллегами недавно обнаружили нехарактерное (ранее не замеченное другими учеными) явление спилловера водорода на Pt или Au-Pt наночастицах уже при отрицательных температурах. Обычно такие эффекты для платиновых металлов наблюдаются при температурах около 100 °С и выше.

— Мы наблюдаем такой эффект и при отрицательных температурах. И это позволяет предположить, что данная система будет активна в реакции гидрирования при низких температурах. То есть, у нас получились катализаторы, активные как в окислении, так и в гидририровании, причем все эти процессы реализуются в мягких условиях. Это очень интересно и с точки зрения катализа, и органической химии.

— Какой могли бы дать совет молодым ученым?
— Больше читать литературу, чтобы знать, что уже сделано, а не изобретать велосипед во второй раз. У ученого должны быть такие качества, как любознательность, аккуратность, терпеливость, конечно, любовь к химии. Не бояться больше спрашивать и интересоваться, «не зацикливаться» только на одной области, а расширять свой кругозор. Получать
удовольствие от того, что ты делаешь.

В планах у молодого ученого и дальше заниматься наукой, вносить свой вклад и, может быть, даже сделать что-то полезное для страны.
А в ближайшее время Елена планирует продолжить исследования в нескольких направлениях — селективное окисление, гидрирование, в том числе, углекислого газа, фотокатализ и получение гибридных наносистем.

[1]Ananikov V.P., Galkin K.I., Egorov M.P., Sakharov A.M., Zlotin S.G., Redina E.A., Isaeva V.I., Kustov L.M., Gening M.L., Nifantiev N.E., ''Challenges in the Development of Organic and Hybrid Molecular Systems'', Mendeleev Commun., 2016, 26 (5), DOI:10.1016/j.mencom.2016.09.001

[2]E. D. Finashina, O. P. Tkachenko, A. Yu. Startseva, E. A. Redina, V. G. Krasovsky, L. M. Kustov, I. P. Beletskaya, ''Intramolecular hydroamination of 2-(2-phenylethynyl)aniline catalyzed by gold nanoparticles'', Russ. Chem. Bull., Int. Ed., 2015, No. 12, p. 2821

[3]Активность Au-Pt гибридных катализаторов в реакции селективного окисления глицерина кислородом воздуха в молочную кислоту при 60оС и атмосферном давлении
(TON = моль (LA)∙моль (Au + Pt)-1∙ч-1; LA – молочная к-та; GlyA – глицериновая к-та) (из Mendeleev Commun., 2016, DOI: 10.1016/j.mencom.2016.09.001)

Activities of hybrid catalysts in the oxidation of glycerol into lactic acid at 60oC and atmospheric pressure (TON = mol (LA)∙mol (Au + Pt)-1∙h-1; LA – lactic acid; GlyA – glyceric acid) (from Mendeleev Commun., 2016, DOI: 10.1016/j.mencom.2016.09.001)

СПРАВКА ИОХ РАН:

Редина Елена Андреевна
Дата рождения: 8 июня 1988
Кандидат химических наук
Специальность: кинетика и катализ
Октябрь 2011 – октябрь 2015
Аспирантура Института органической химии им. Н. Д. Зелинского РАН, лаборатория разработки и исследования полифункциональных катализаторов. Москва.
Специализация: кинетика и катализ
Опыт работы
Декабрь 2010 – по наст. время
Институт органической химии им. Н. Д. Зелинского РАН, лаборатория разработки и исследования полифункциональных катализаторов. Москва.
Научные интересы
Гетерогенный катализ, катализ на золоте, синтез катализаторов на основе нанесенных моно- и биметаллических наночастиц, катализ в органической химии, УВ-вид спектроскопия