ЕВГЕНИЙ ПЕНЦАК: «Анализ собственных ошибок является неотъемлемой частью нашей работы и иногда приводит к очень интересным результатам»
Евгений Пенцак – кандидат химических наук, научный сотрудник лаборатории металлокомплексных и наноразмерных катализаторов (№30) ИОХ РАН. Его исследования посвящены созданию нанесенных катализаторов, эффективных в реакциях кросс-сочетания. Переходные металлы, которые традиционно используются как катализаторы в реакциях кросс-сочетания, такие как палладий и платина, склонны к личингу — вымыванию металлов в раствор, и как следствие они легко попадают в окружающую среду, где могут накапливаться в течение продолжительного времени. Как результат, остаточные количества этих металлов могут попадать в реакционные сосуды и катализировать нежелательные процессы.
В своей последней работе Евгений с коллегами изучали процесс нежелательного попадания переходных металлов путем их переноса из одной реакции в другую за счет использования одной и той же лабораторной посуды и якорей магнитных мешалок:
— Для эффективного протекания реакции Судзуки бывает достаточно добавления нескольких миллионных долей палладия, что вполне может быть перенесено использованным ранее в реакции с его участием якорем магнитной мешалки. В нашей работе с использованием электронной микроскопии и энерго-дисперсионной спектроскопии мы исследовали тефлоновые оболочки якорей магнитных мешалок и обнаружили на их поверхности микро- и наночастицы переходных металлов. С использованием масс-спектрометрии нами также было показано, что обнаруженный на поверхности якорей магнитных мешалок палладий может переходить в раствор и, соответственно, катализировать различные реакции. Мы также выяснили, что несмотря на известную инертность тефлона, при его механическом повреждении могут образовываться радикальные центры, и с использованием квантово-химических расчетов изучили, как могут проходить взаимодействия металлических частиц с поврежденными центрами оболочки.
Полученные исследователями результаты могут быть полезны широкому кругу химиков-органиков и фармацевтов:
— Полученные нами результаты, в первую очередь, важны для химиков, работающих с палладий-катализируемыми превращениями. Палладиевый катализ широко используется как в лабораторном, так и в промышленном органическом синтезе. Наши результаты могут быть актуальны и в фармацевтике, где особенно важно остаточное количество металлов в конечных продуктах. Также с каждым годом в мире набирает популярность концепция перехода к одноразовой химической посуде, что позволит исключить возможность переноса частиц катализаторов и других реагентов из одних реакций в другие. И наша работа является одним из первых этапов осмысления этой идеи.
В ходе своих исследований Евгений с коллегами столкнулись с целым рядом трудностей, которые они успешно преодолели:
— За счет притяжения магнитным полем якоря магнитных мешалок невозможно напрямую изучать с использованием электронного микроскопа, поэтому для их исследования нам приходилось снимать с них тефлоновую оболочку и помещать в микроскоп именно ее. Однако тефлон является диэлектриком, что создает определенные трудности для его исследования методом электронной микроскопии. Для проведения анализа необходимо наносить специальное напыление проводящего слоя, который, в свою очередь, может скрывать наночастицы металлов, которые мы стремимся обнаружить. По этим причинам нам пришлось потратить достаточно много времени, чтобы разработать оптимальную методику по эффективному использованию электронной микроскопии для изучения поверхностей якорей магнитных мешалок.
Как пришла идея этой работы?
— Главным идеологом этой работы был заведующий нашей лабораторией академик Валентин Павлович Анаников. Поначалу казалось, что это исследование представляет лишь локальный интерес для нашей научной группы. Мы долгое время занимались исследованием реакций кросс-сочетания и использовали общий ящик с якорями магнитных мешалок. Каждый сотрудник после проведения экспериментов мыл использованные якоря по-своему: кто-то ацетоном, кто-то хромовой смесью, кто-то азотной кислотой или царской водкой. В некоторых случаях мы могли наблюдать плохую воспроизводимость полученных результатов: при использовании одного и того же катализатора в одинаковых условиях конверсии исходных соединений могли существенно различаться. Для решения этой проблемы нашим руководителем и была поставлена задача, выяснить, не катализирует ли реакции кросс-сочетания сама по себе лабораторная посуда, что в конечном счете и вылилось в эту работу.
Как Вы попали в ИОХ?
— Я родился и вырос в Кемерово — угольной столице нашей страны. В студенческие годы я активно занимался изучением углеродных материалов и реакций кросс-сочетания. После окончания университета я решил продолжить свои исследования в этой области и поступил в аспирантуру к Валентину Павловичу Ананикову, где как раз удачно сплелись две области моих научных интересов.
Какой совет можете дать своим коллегам для достижения наилучших результатов?
— В своей работе химики не редко сталкиваются с неудачами: эксперименты могут не получаться по многим, очень разным причинам. Главное — никогда не сдаваться, любить то, что ты делаешь, и анализировать свои ошибки. Наша последняя работа и есть пример анализа своих неудачных опытов, который вылился в отличную статью. Также важно ценить свою работу, понимать ее важность для мирового научного сообщества. Очень достойные исследования не редко публикуются в не самых рейтинговых журналах именно по причине того, что авторы недооценили значение своих результатов, не смогли разглядеть и развить в своей работе моменты, по-настоящему важные для читателя.
E. O. Pentsak, D. B. Eremin, E. G. Gordeev, V. P. Ananikov Phantom Reactivity in Organic and Catalytic Reactions as a Consequence of Microscale Destruction and Contamination-Trapping Effects of Magnetic Stir Bars ACS Catal., 2019, 9(4), 3070-3081, DOI: 10.1021/acscatal.9b00294
Справка ИОХ РАН:
Пенцак Евгений Олегович
Дата рождения: 2.10.1988
Должность, ученая степень: научный сотрудник, к.х.н.
Начало работы в ИОХ РАН: 2011 г.
Научные интересы: микроскопия, углеродные материалы, переходные металлы