Молодые учёные ИОХ РАН: Кривощапов Николай

Аспирант, инженер-исследователь

Область исследований: квантовая химия, стереоэлектронные эффекты,теория функционала плотности, конформационный поиск

Группа теоретической химии №24

Аномерный эффект: сложность классического стереоэлектронного явления

Круг задач, которые я решаю в ходе работы очень широкий, в общих словах — это либо моделирование молекул и механизмов химических реакций, либо улучшение и разработка новых инструментов арсенала химика-расчетчика. В первом случае своей фундаментальной задачей я считаю не только понимание причин конкретного явления, но и нахождение общих принципов, которые его обуславливают. Во втором случае моя задача – это хорошо разобраться в теории, которая лежит в основе работы метода и найти концептуально новые и лучшие, по моему мнению, способы его реализации.

В 2021 году мы опубликовали обзор «Anomeric effect, hyperconjugation and electrostatics: lessons from complexity in a classic stereoelectronic phenomenon». В нём обсуждается аномерный эффект, модели его объяснения, способы экспериментального наблюдения и теоретического изучения аномерных эффектов и их влияние на термодинамику и кинетику химических реакций. Наш обзор показывает, что один простой принцип «неподеленная пара кислорода вступает в гиперконъюгацию с σ*(C-X) орбиталями» обладает огромной предсказательной силой и позволяет объяснять тренды в термодинамической устойчивости, скоростях реакций, геометрии молекул и спектральных данных о веществах.

Данный обзор (совместно с его продолжением 10.1039/d1cs00386k) приводит большое количество примеров того, как наличие в молекулах орбитальных взаимодействий может сказаться на их физических и химических свойствах. Этим самым наш обзор дополняет химическую интуицию читателя.

Аномерный эффект – это очень многогранное явление, которому существует множество разных объяснений. Иногда находились ситуации, в которых разные модели аномерного эффекта давали, на первый взгляд, предсказания, противоречащие друг другу. В этом обзоре мы вместе с моими соавторами высказываем гипотезу, которая заключается в том, что наше представление о стереоэлектронных эффектах формируется моделями и теоретическими инструментами их изучения. При этом каждый такой инструмент отражает только одну составляющую сложного явления. Соответственно, когда две модели аномерного эффекта дают разные результаты, то это нужно воспринимать как две стороны одного явления, а не считать одну из моделей ошибочной.

Конечно да. Один раз увидев, как стереоэлектронные эффекты могут контролировать термодинамическую устойчивость молекул и ход химических реакций, я начал замечать, что аналогичные эффекты могут иметь место и в совершенно других молекулах и механизмах реакций.

С детства меня привлекали такие науки, как химия, физика и математика, а также занятие программированием. Продвинуться во всём этом мне сильно помогли за два года учебы в Лицее №84 г. Новокузнецка — в это время химия стала моим приоритетным предметом. Обучение в СУНЦ НГУ в 11 классе дало мне приближенные к ВУЗовским знания химии, физики и математики, что позволило мне поступить на химический факультет МГУ.

Поняв, что в экспериментальной химии я не смогу реализовать своего пристрастия к программированию и точным наукам, на 3 курсе я решил попробовать заниматься расчетами. На тот момент М.Г. Медведев вел у меня курс по квантовой химии и, увидев насколько широк круг его теоретических и практических задач, я присоединился к его группе.

Важно иметь интерес к той науке, которой ты занимаешься. Стремление добиться результата, несмотря на трудности, а также донести свою работу до научного сообщества.

Учитесь делать работу своего научного руководителя: самостоятельно изучайте литературу, ставьте задачи, работайте над текстом статей и т.д. Находите время на то, чтобы разбираться в науке шире, чем ваша конкретная задача с помощью чтения статей и поездок на конференции.