«Если человек по зову души каким-то образом попал в химию, и она искренне является его частью, единственное, что ему остается, это верить, что этот позыв произошел неспроста…», — Павел Шангин, научный сотрудник ИОХ РАН

Павел Германович Шангин — к.х.н., научный сотрудник Лаборатории химии карбенов и других нестабильных молекул ИОХ РАН.

Павел занимается исследованиями в области химии координационных соединений кремния, германия, олова и свинца, а также химии анион-радикалов и гомогенного катализа. Работая в лаборатории, ученый делает важные шаги в изучении механизмов катализа и взаимодействия лигандов.

В интервью он рассказал о своих исследованиях, последних достижениях и планах на будущее.

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

Одним из локомотивов современной химической промышленности является использование для самых различных синтетических процессов катализа переходными металлами, как в чистом виде, так и в различного строения комплексах. Однако это, несмотря на все выгоды, сопряжено с рядом очень серьезных сложностей. Соединения палладия, во-первых, дефицитны, не во всех странах он добывается. Во-вторых, они дорогие. В-третьих, соединения палладия токсичны, в силу чего возникают сложности, например, при использовании данных процессов для разработки фармпрепаратов, так как возникает добавочная сложность: каким образом потом очищаться от остаточных миллиардных и миллионных долей катализаторов в продукте. Причем данная сложность возникает с самыми разными переходными металлами, и здесь платиновые металлы не единственная проблема. В связи с этим возникает вопрос: каким образом решить эту проблему? Возрастает роль различных других механизмов катализа данных процессов.

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

В данной работе продемонстрирована способность германия в низковалентном состоянии выступать в качестве субстрата для модельной реакции окислительного присоединения, за который в случае полноценного каталитического цикла следовало бы некое восстановительное элиминирование. С точки зрения рассмотрения всего возможного каталитического цикла на основе германиевого центра мы изучили как раз его самое начало. Нас интересовало, в какой степени на данный процесс может влиять комплексообразование германия. Химия гермиленов, станиленов, силиленов зависит от комплексообразования. Это общеизвестный факт, однако именно влияние на кинетику процесса до нас методически не изучалось. Комплексы силиленов и гермиленов обычно получались именно для того, чтобы их стабилизировать, поэтому выделить гермилены не в виде каких-то комплексов с различными лигандами долгое время не удавалось. Таким образом, комплексообразование должно было бы уменьшить их реакционную способность. Но мы рассмотрели это с противоположной точки зрения. А может ли то, что призвано стабилизировать, в действительности активировать? Да, звучит как оксюморон, но это оказалось именно так. Реакция, которая в отсутствие некоего комплексообразования протекала с одной скоростью, в присутствии мощных доноров электронной пары, могла протекать на один, а то и два порядка быстрее. Для нас именно это и было главным прорывом с точки зрения изучения кинетики данного процесса.

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

Одна из наших бесспорных мечт — придумать какой-либо процесс на основе гермиленов, который позволил бы уже упомянутый каталитический цикл полностью замкнуть. Тогда, когда это станет возможно, фактически будет означать возможность полноценного практического использования таковых. Наработки по данному направлению имеются. В частности, в 2021 году описан катализ реакции полимеризации алкенов с использованием гиперкоординированных соединений германия, а в 2022 комплексы германия были применены для проведения реакции Фриделя-Крафтса. Наша задача была бы изучить то же самое по отношению к гипокоординированным, так как возможности двухвалентного германия в области комплексообразования значительно богаче, нежели для четырехвалентного.

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

Основной проблемой, как с точки зрения потенциального применения данных соединений, так и та проблема, с которой мы столкнулись, — производные двухвалентного германия довольно «нежные». Они реагируют с воздухом, водой. Однако в лабораторной химии часть этих проблем решается с использованием линий Шленка, главбокса и других техник. В промышленности часть этих проблем решалась бы посредством масштабирования процесса, так как найти течь в огромном неразборном реакторе гораздо проще, чем в самодельной установке с резиновыми шлангами.

Помогал ли Вам кто-нибудь в решении возникающих проблем?

Все участники работы внесли вклад тем, в чем сами наиболее сильны: Елена Николаевская — мастер работы на линии Шленка, Михаил Сыроешкин и Анна Акыева — мастера электрохимии, Бадма Манкаев — человек, способный синтезировать очень нежные соединения. Для нашей лаборатории данная работа была довольно мощным методическим прорывом. Благодаря ней мы обогатились практическим навыком — методикой работы в сухих бескислородных условиях. Это была заря использования главбокса для нас. В этой работе мы показали, что использование протиевых растворителей для спектроскопии ЯМР не является проблемой, что значительно упростило нам дальнейшую работу в этой области. Ведь если мы можем между дорогим дейтерированным растворителем и дешевым, но очень сухим протиевым, выбрать второе, это значительно развязывает нам руки в возможностях изучения процессов, буквально происходящих у нас на глазах.

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

В настоящий момент в нашей лаборатории продолжается дальнейшее изучение гермиленов, развиваются и другие направления, связанные с гомогенным катализом без использования переходных металлов. В частности, довольно большой упор делается на процессы, катализируемые электроном. Например, есть некий процесс, который в промышленности потребовал бы использования либо палладия, либо высокой температуры, либо и того, и другого. А в нашем случае он идет за считанные минуты при комнатной температуре, катализируемый, допустим, считанными процентами металлического натрия.

Каким образом Вы попали в химию?

Химия в школьной программе начинается в 8 классе. С этого момента начались самые разнообразные эксперименты, связанные с электролизом, с попыткой получить элементарные реактивы, которые на тот момент было неизвестно, где достать. В итоге стало понятно, что процесс зачастую завлекал гораздо больше, чем конечный результат. Я постепенно понял, что жить без этого невозможно. После школы я сделал, по-своему, неверный выбор. И на 4 года оказался на фармацевтическом факультете, выставив химию за дверь. Но на последнем курсе, когда надо было писать диплом, химия залезла в окно. И так она по-прежнему является до сих пор моей частью, и я ни о чем не жалею.

Как оказались в ИОХе?

Моя однокурсница писала здесь диплом. Сказала, что есть хорошая лаборатория, приходи. Я и пришел. Дипломница написала свой диплом и ушла, а я с 2017 года так и нахожусь здесь.

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

На мой взгляд, тремя формами верности: самому себе, своему делу и своему Отечеству.

Какой совет можете дать своим коллегам?

Если человек по зову души каким-то образом попал в химию, и она искренне является его частью, единственное, что ему остается, это верить, что этот позыв произошел неспроста и что в действительности ему нравится то, чем он занимается. Даже тогда, когда порой всем нам кажется, что мы занимаемся какой-то ерундой. Верьте в себя и не задавайтесь вопросом, почему вам что-то нравится. С высокой вероятностью проще просто получать удовольствие от этого.