На пути к новым высокоэффективным энергоемким материалам: интервью с Александром Лариным, к.х.н, старшим научным сотрудником ИОХ РАН

В рубрике, посвященной молодым ученым ИОХ РАН, мы продолжаем знакомить вас с талантливыми исследователями, которые вносят значительный вклад в развитие науки. В этот раз мы представляем интервью с Александром Александровичем Лариным, кандидатом химических наук, чьи работы уже привлекли внимание научного сообщества благодаря инновационным подходам в области химии энергоемких структур.

Александр работает старшим научным сотрудником в Лаборатории азотсодержащих соединений ИОХ РАН, где его исследования сосредоточены на синтезе и изучении фуроксанов — особого класса гетероциклических соединений. Одна из его последних работ, опубликованная в высокорейтинговом журнале, посвящена созданию линейных фуроксановых ансамблей с аномально высокой плотностью и энтальпией. Эти структуры рассматриваются как перспективные материалы для применения в высокоэнергетических системах.

В интервью Александр делится опытом и сложностями, с которыми он столкнулся на пути к получению этих уникальных соединений, а также рассказывает о том, как он пришел в науку, о своих научных исследованиях и достижениях.

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

С фундаментальной точки зрения, наши исследования посвящены разработке новых методов синтеза высокоэнергетических систем. Однако, одновременно с этим мы стараемся решать и различные прикладные вопросы. Когда я пришел в Институт органической химии, у нас было два основных направления: фармакологически ориентированные и энергонасыщенные соединения. После защиты кандидатской диссертации в 2019 году мой вектор исследований сосредоточился в направлении энергоемких соединений. С тех пор я занимаюсь химией гетероциклических соединений, а именно, получением энергоемких гетероциклических структур, представляющих интерес в качестве мономеров, полимеров, топлив и компонентов различных высокоэнергетических составов. Для соединений такого рода есть ряд ключевых требований: обладание большой энергии и хорошая термостабильность, что приводит к сбалансированным физико-химическим характеристикам.

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

Наша последняя работа посвящена созданию новых перспективных энергоемких структур — линейных фуроксановых ансамблей, содержащих фрагмент нитробифуроксана. Эти ансамбли мы рассматривали с точки зрения высокоэнтальпийных молекул с аномально высокой плотностью. Зафиксировать такую плотность удалось для схожих структурных блоков лишь на рубеже XX и XXI веков. Более того, нам было важно как-то оптимизировать методы их синтеза, сделать их удобными, масштабируемыми, уменьшить количество потерь, которые у нас появлялись на промежуточных стадиях. Нам удалось этого достичь благодаря так называемым однореакторным трансформациям. В итоге мы получали конечные целевые структуры с наименьшими потерями благодаря тому, что в одной колбе у нас протекало сразу несколько процессов и обеспечивалась эффективность разработки синтетических подходов и дальнейшему изучению детонационных и физико-химических свойств.

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

Полученные междисциплинарные результаты помогают лучше понять корреляцию «структура-свойство» для библиотеки ранее полученных энергетических соединений. Важно понять, насколько все синтезированные образцы сопоставимы со стандартами штатных взрывчатых соединений. Задача минимум — оценить и непосредственно приблизиться к данным параметрам, задача максимум — превзойти эти параметры и выйти на новый уровень энергоэффективности.

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

Основная сложность возникла с наработкой исходного материала, который был бы удобен и доступен в качестве «точки роста». Если мы посмотрим на результаты коллег из нашей области химии, на работы других коллег, то статей по конструированию фуроксанов становится значительно меньше. Сборка фрагмента бифуроксана — достаточно нетривиальная задача, а связать три фуроксана еще сложнее, поскольку в гетероцикле много различных активных центров, что необходимо учитывать при выборе синтетической стратегии. Нам удалось связать четыре фуроксановых цикла, что оказалось возможным благодаря особой функциональной азо-группе. Полноценный анализ литературных данных на протяжении длительного периода времени и вариация условий оптимизации различных параметров от тщательного выбора растворителя до температуры реакционной массы позволили решить эту проблему.

Помогал ли Вам кто-нибудь в решении возникающих проблем?

На протяжении всего процесса мне помогал мой студент — Даниил Дегтярёв. Он очень работоспособный и трудолюбивый. Когда мы с заведующим нашей лабораторией, Леонидом Леонидовичем Ферштатом, впервые озвучили ему идею, он воспринял ее с интересом. Одновременно надо понимать, что это человек ответственный, соблюдает все требования техники безопасности. Кроме того, я хочу отметить коллектив нашей лаборатории и наших коллег из лаборатории энергетических материалов Федерального исследовательского центра химической физики имени Н.Н. Семенова за грамотное и своевременное определение всех физико-химических характеристик и за оценку детонационных параметров.

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

В нашей лаборатории мы ищем новые вызовы, что можно было бы применить, чтобы сделать направление энергоемких соединений более привлекательным с точки зрения синтетической составляющей и потенциального прикладного аспекта. Это современный тренд — разработать новые гибридные молекулы, которые были бы эффективны для разных целей и задач. Наши задачи включают активное развитие данной области химии на стыке с электрохимией, химической физикой и рядом смежных областей естествознания.

Каким образом Вы попали в химию?

По образованию я радиохимик, немногие это знают. В 2014 году я пришел к декану химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова и попросил, чтобы меня распределили на кафедру радиохимии с возможностью органического синтеза известных реагентов. В дальнейшем мне хотелось изучать органическую химию более углубленно.

Как оказались в ИОХе?

Сразу после окончания МГУ я начал искать место, где бы я мог заниматься органической химией. В итоге я оказался в ИОХе по какой-то непостижимой наводке через группу МГУ. На тот момент, когда я получал высшее образование по специальности «Радиохимия», было сложно сразу искать другое место. Я переговорил с заведующим лабораторией, мне показали, чем живет лаборатория, чем здесь занимаются. И я сразу вдохновился и начал работать. Мне здесь очень понравилось. Здесь я нашел и своего научного руководителя, и микро-шефа, и прекрасную команду.

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

В основном, упорством и трудоспособностью, умением находить научный компромисс. Когда ты уже закрепился на научном поприще, начинаешь писать гранты, участвуешь в научном сообществе, тебе хочется создать какую-то свою идею, не похожую ни на чьи-либо другие. Для ее исполнения чаще всего придется создавать свою команду, людей богатых различным опытом в химической науке. Поэтому определенно нужно стараться идеи объединять и развивать благодаря коллаборациям с крупными университетами и институтами по всей стране.

Какой ты можешь дать совет своим коллегам?

Постараться слушать и слышать. Быть открытым к диалогу с коллегами и мировым научным сообществом.