«Нами разработан почти универсальный метод окисления гидразонного фрагмента», — Александр Шуваев, сотрудник Лаборатории азотсодержащих соединений ИОХ РАН

Александр занимается исследованием азотсодержащих гетероциклов, электрохимическим синтезом, зеленой химией.

О своем пути в науке, начиная с учебы в МГУ и заканчивая работой в ИОХе, о расширении возможностей электрохимического образования N-N связи — в интервью.

Чему посвящены Ваши научные исследования в целом? Какую фундаментальную научную или практическую задачу Вы пытаетесь решить?

Я занимаюсь химией гетероциклических соединений, электрохимическим синтезом полиазотистых гетероциклов. В плане применения — это и фармакология, и функциональные материалы с высокой энергией. Основной целью работы является разработка электрохимических методов создания N-N связи как одного из подходов создания полиазотистых гетероциклов. Такой подход позволяет расширить библиотеку представителей малоизученных классов молекул, а также создавать новые, ранее неописанные классы веществ.

Расскажите о Вашей последней высокорейтинговой работе[1], опубликованной в 2023 году. В чем ее основная идея?

Основная идея этой статьи была в том, что мы подходили к данной работе как к окислению a-функционализированных гидразонов (в данном случае — a-гидроксилиминогидразонов). В качестве продуктов реакции были 1,2,3-триазол-1-оксиды. Окисление проводилось напрямую без использования каких-то внешних окислителей, медиаторов. Это позволило значительно упростить очистку и выделение веществ. В ходе исследований удалось добиться практической полной регенерации применяемых растворителя и электролита. Метанол можно легко отогнать, очистить, использовать дальше. Применяемый в качестве электролита перхлорат лития перекристаллизовывался. В итоге у нас получилось создать удобный и достаточно экономный подход для синтеза триазолоксидов. Это не самые известные гетероциклы. Раньше их получали окислением a-гидроксилиминогидразонов при помощи солей меди или свинца. Это довольно «грязный» синтез как в плане применения солей тяжелых металлов, так и в плане наличия большого числа побочных продуктов реакции. Поэтому мы решили сделать это электрохимически. В целом, именно в этом исследовании удалось сделать хорошую работу в плане расширения библиотеки малоизвестных соединений, а также проработать технологию «зеленого» синтеза.

Где и каким образом могут быть использованы полученные в этой работе результаты?

Если говорить конкретно про описанные в работе соединения, то их можно использовать как фармакологически ориентированный блок. Мы доказали в этой статье способность наших соединений выделять оксид азота (II) в условиях, близких к физиологическим. Кроме того, можно модифицировать данные соединения для получения энергоемких материалов. Если говорить о применении теоретической, фундаментальной части, которую мы постарались изучить, то это, конечно, окисление других a-функционализированных гидразонов для построения уже каких-то иных гетероциклических фрагментов. Также в работе было исследовано влияние заместителей различных положений на потенциал окисления гидразонного фрагмента. В ходе этого было отмечено высокое значение растворителя, проявляющего свойства медиатора при введении в реакцию гидразонов с высоким потенциалом окисления. Полученные данные могут стать отправной точкой для дальнейших исследований не только нашей научной группы.

В чем сложность и с какими трудностями Вы столкнулись во время выполнения этого исследования?  

Сложностей было много. Чтобы выполнить работу, необходимо было собраться и сделать конкретно одно исследование. Мы получили первый результат где-то за год-полтора до публикации, но этап основной работы пришелся всего на последние полгода. Самое сложное было себя удержать в рамках одной направленной тематики. Много трудностей было с подготовкой исходников, так как стадия окисления требует высокой чистоты окисляемого вещества, а таких веществ необходимо подготовить несколько десятков. Также стоит учесть, что синтез применяемых нами гидразонов зачастую не был описан ранее в литературе, что заставляло прорабатывать и методы получения и очистки исходников.

Помогал ли Вам кто-нибудь в решении возникающих проблем?

У нас сложилась очень эффективная команда. Вся работа была разделена практически в равных пропорциях без пересечения обязанностей, что позволило работать каждому в своем темпе. Также благодаря заведующему лабораторией Леониду Леонидовичу Ферштату удалось наладить быстрый обмен информацией. В итоге каждый из исполнителей работы знал состояние всей работы в любой момент. Конечно, стоит отметить всех сотрудников нашей лаборатории, помогавшим как с идеями, так и с исходниками для этой работы.

Есть ли у Вас дальнейшие планы по развитию этого направления исследования?

Есть надежда, что скоро будут опубликованы новые результаты. Как говорил ранее, нами разработан почти универсальный метод окисления гидразонного фрагмента. Если в молекуле нет фрагмента с более низким потенциалом окисления, то окисляться будет именно этот фрагмент. Когда он окисляется, то может происходить как внутримолекулярная, так и межмолекулярная циклизация в зависимости от условий проведения реакции. Также можно варьировать функциональные группы в a-положении гидразона для того, чтобы создавать пиразольные, триазольные фрагменты и т.д. В целом, данная работа имеет довольно большой задел для развития.

Каким образом Вы попали в химию?

Когда я учился в 5 классе, учитель химии предложила ввести дополнительные занятия для младших классов: поскольку программа по химии достаточно тяжело дается ученикам, то есть резон сделать вечерний кружок для того, чтобы ребята приходили и изучали химию на начальном уровне. Я пришел в этот кружок в пятом классе, мне понравилось. В шестом выиграл муниципальный этап в своем городе. Там меня подметила Коркина Раиса Андреевна — ныне покойный народный учитель России по химии. Она организовывала воскресные кружки, собирала со всего региона ребят для обучения. Мы там сидели, решали задачи. Летом были двухнедельные химические сборы вдали от цивилизации. Мне понравилось изучать химию, вот я и оказался здесь.

Как оказались в ИОХе?

На первом курсе я искал лабораторию для выполнения курсовой работы по неорганической химии. На тот момент ребята с нашего курса уже проводили свою научную деятельность в ИОХе и рассказали про Лабораторию азотсодержащих соединений № 19. Ребята спросили, нужен ли им студент, и я пришел. Меня представили Егору Сергеевичу Жилину, который и стал моим первым научным руководителем.

Какими, на Ваш взгляд, качествами должен обладать современный ученый?

По моему мнению, ученый — это человек, который обладает большим количеством компетенций, имеет широкий кругозор. И в том числе, если мы работаем в химии, то нужно иметь представление и понимать процессы, которые происходят не только в узком направлении химии, но и в других, например, в катализе, электрохимии, фотохимии и др.

Какой совет можете дать своим коллегам?

Расширяйте свой кругозор. Получайте как можно больше компетенций, опыт работы с новыми приборами. Радуйтесь жизни.