«Смысл науки — нести пользу обществу», — Василий Чалый, сотрудник ИОХ РАН

В современном научном мире молодые ученые играют ключевую роль в развитии новых технологий и идей, способных изменить будущее. В ИОХ РАН активно работают такие талантливые специалисты, которые уже в начале своей карьеры добиваются значительных успехов. Одним из таких ученых является Василий Антонович Чалый — лаборант Группы теоретической химии ИОХ РАН.

Василий активно работает в области квантовой химии и молекулярного моделирования, создавая решения, способные упростить жизнь экспериментаторов и ускорить процесс внедрения научных открытий в практику.

Одно из направлений исследований молодого ученого касается цимантренов — соединений, обладающих уникальными оптическими свойствами и потенциалом для использования в биоимиджинге и фотопереключателях. В интервью он подробно рассказал о своих исследованиях, сложностях на пути к новым открытиям и своем видении будущего науки.

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

Наша группа решает задачу применения методов моделирования для всех возможных задач, начиная от моделирования реакций до материалов, для этого же мы разрабатываем новые методы. Параллельно с этим мы стараемся упростить жизнь экспериментаторам, то есть всю экспериментальную работу, которую можно не делать, заменить на работу расчетных методов или даже искусственного интеллекта. Одна из моих ближайших целей — освоить моделирование на разных масштабах. Более глобальная цель — через 10-15 лет поучаствовать в сплочении российской науки, увеличить конверсию между выходом в печать статьи по какому-то фундаментальному исследованию и внедрению этого на практике. Важно сформировать диалог между учеными, бизнесом и обществом.

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

Когда я только пришел в нашу группу, то начал заниматься этим направлением исследования. Мне говорили, что это работа на полгода, так как необходимо быстро смоделировать простую реакцию. Но работа растянулась на несколько лет, потому что оказалось, что на этот процесс влияет клеточный эффект, о котором люди думают достаточно редко. Основной тезис в статье — способность растворителя образовывать клетки вокруг реакционных центров настолько же важна, как, например, диэлектрическая проницаемость или наличие кислых протонов. Следовательно, суть была в том, что обычно цимантрены, когда на них светят, от них отщепляется один CO-лиганд. Но наши коллеги-синтетики увидели, что в продукте остается три CO-лиганда. Мы пытались понять, почему так происходит. Оказалось, что один из CO-лигандов действительно отщепляется, но остается в клетке растворителя, происходит химическая реакция, перегруппировка, и CO обратно возвращается. Новую химию мы не открыли, но показали, что клеточный эффект очень важен, и впервые показали такие превращения цимантренов.

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

С прикладной точки зрения у этих соединений, у цимантренов, есть очень полезное качество: они очень хорошо поглощают свет. И поглощение происходит в так называемом терапевтическом окне, не перекрывающемся с областями поглощения биомолекул. Поэтому цимантрены могут быть использованы для биоимиджинга. Другое применение — это так называемые фотопереключатели. С теоретической точки зрения основное прикладное значение — это умение иначе смотреть на фотохимию и помнить о клеточном эффекте.

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

Основная трудность была в определении того, почему наши расчеты не сходятся с экспериментом. При подсчете любого механизма с тремя CO-лигандами мы видели, что один CO отщепляется. И в других статьях об этом говорилось. Но экспериментаторы явно видели три CO в продукте. Основной проблемой было нахождение общего языка: то, что мы сделали — правильно, и то, что видят коллеги, тоже верно. Важно было постараться понять, как совместить два этих результата.

Помогал ли Вам кто-нибудь в решении возникающих проблем?

Мой научный руководитель — Михаил Геннадьевич Медведев. Также помогали экспериментаторы из лаборатории механизмов реакций ИНЭОС РАН, нам очень повезло с ними. Мы вместе придумали очень интересный эксперимент, который стал ключевым: провести реакцию в ультразвуковой бане, где звуковые волны должны разрушать клетки растворителя и «выпускать» одну молекулу CO. И действительно, в продукте мы наблюдали только два CO-лиганда. Существенную помощь оказала еще Анастасия Владимировна Боченкова, профессор химического факультета, заведующая лабораторией квантовой фотодинамики МГУ имени М.В. Ломоносова. Мы много советовались с ней в ходе работе, и именно она нам подсказала нам о возможности наличия клеточного эффекта в системе.

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

В этой работе мы не изучали механизмы возбуждения и релаксации цимантренов. Поэтому и не смогли однозначно сказать, какой из двух механизмов перегруппировки вносит больший вклад в ход реакции. Развитием данной работы может быть освоение и применение современных методов изучения фотохимических реакций на электронном уровне, таких как CASSCF и XMCQDPT2.

Каким образом Вы попали в химию?

Сначала я учился до девятого класса в обычной школе. Мне нравилась химия, и мы вместе с моим одноклассником из параллельного класса подались в Московский химической лицей № 1303. Я учился там с девятого по одиннадцатый класс. Многие учащиеся уже начали работать в лабораториях. Но в лицее было достаточно много учебы, поэтому я не сразу пошел в лабораторию. Уже тогда я понимал, что мне интересна физхимия. Дальше я выиграл Всесибирскую олимпиаду, поступил в ВХК и пошел в теоретическую группу Михаила Геннадьевича.

Как оказались в ИОХе?

Наша группа изначально была частью лаборатории рентгеноструктурных исследований в ИНЭОСе. Михаил Геннадьевич выиграл грант на создание новых лабораторий в ИОХе, и мы организовали здесь свою группу.

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

Самое главное — это возможность смотреть за границы своей области, своих интересов. Периферийным зрением смотреть на то, что происходит в соседних областях науки и в обществе. Смысл науки — нести пользу обществу. Следовательно, нужно понимать, что хочет общество.

Какой совет можете дать своим коллегам?

Я бы хотел посоветовать своим коллегам уметь общаться друг с другом. Только эффективная коммуникация может привести к какому-то действительно важному и значимому исследованию и прорыву.