Чтобы стать великим химиком, нужно уметь управлять случайностями: интервью с Лилией Сахаровой, к.х.н., научным сотрудником ИОХ РАН

Лилия Тимерхановна Сахарова, к.х.н., научный сотрудник Лаборатории металлокомплексных и наноразмерных катализаторов, поделилась своими научными исследованиями и личным опытом в рамках нашей рубрики, посвященной молодым ученым.

Она занимается органической химией и металлокомплексным катализом, изучая роль димерных комплексов палладия в различных каталитических реакциях. Ее работа направлена на создание эффективных и селективных катализаторов, которые могут найти широкое применение в промышленности и науке.

В интервью Лилия рассказала о том, как ее увлекла химия через интерес к физике, о поисках каталитически активных частиц и сложностях, связанных с изучением механизмов реакций. Она делится своими научными достижениями, включая публикацию, посвященную гидротиолированию алкинов, и объясняет, почему димерные комплексы палладия могут оказаться ключом к более эффективным процессам.

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

Значение каталитических процессов в современной науке и промышленности трудно переоценить, особенно если речь заходит о палладий–катализируемых реакциях. На сегодняшний день существует огромное количество разнообразных каталитически активных палладий содержащих систем. Но несмотря на это, по сей день сохраняется потребность в создании более удобных, стабильных, универсальных каталитически-активных комплексов для достижения более высоких показателей эффективности и снижения загрузок катализатора. Однако для целенаправленного дизайна катализаторов необходимо понимание, что является активной частицей.

В нашей научной группе активно ведутся исследования, направленные на поиск каталитически активных центров в разнообразных реакциях. Работа нашей лаборатории показывает, что каталитически активных частиц и центров в реакции может быть несколько. Этим занимаются несколько групп, в том числе и я. Мы берем какой-то комплекс палладия, кладем его в реакцию. Она проходит, и исходный комплекс палладия трансформируется в разные формы. Каждый из них может быть каталитически активным. И я занимаюсь изучением того, во что превращается комплекс и что из этого является каталитически активным.

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

Одним из путей трансформации исходных комплексов палладия в ходе реакции является образование полимеров.  То есть, мы берем какой-то комплекс палладия, «предшественник катализатора», кладем его в колбу, идет химическая реакция. Он начинает во что-то превращаться, и один из таких путей — образование полимеров. Для палладия — это очень распространенный путь. Например, в реакции гидротиолирования алкинов образуются тиолятные комплексы палладия.

Однако в последние годы исследователи часто используют разнообразные лиганды, чтобы этот процесс минимизировать.  Но тем не менее образование димерных комплексов палладия в реакциях все же происходит. И очень часто исследователи описывают их как «resting state», а сам процесс считают побочным. В нашей работе мы показали, что на самом деле эти комплексы являются каталитически активными. Показали какими методами и экспериментами, можно это подтвердить. В ходе работы мы были приятно удивлены тем, что димерные комплексы палладия обладают не просто каталитической активностью, но при этом еще являются и эффективными катализаторами для достижения высокой степени хемоселективности реакции гидротиолирования.

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

Катализ комплексами палладия распространен во всех современных химических процессах. Это не только те реакции, которые мы изучаем в нашей группе, это огромный класс химических превращений. И поэтому, естественно, во всех этих реакциях и процессах, используя палладиевые комплексы, они могут во что-то превращаться. Данные исследования могут распространяться и на разные каталитические процессы. Мы доказали, что димерные комплексы активны, показали, какие факторы влияют на то, что они могут образовываться или не образовываться. Эти данные можно использовать для изучения механизмов реакции других превращений, например, с аминами или с фосфинами и так далее. Наша работа также может стать инструментом исследователей для изучения механизмов реакции, описании эффективности процесса, уже понимая, что на это напрямую может влиять ядерность используемых комплексов.

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

Работа была довольно-таки сложной, заняла не один год. Изучение механизма реакции всегда осложняется тем, что приходится исследовать промежуточные интермедиаты, которые образуются в ходе реакции и их невозможно выделить. Поэтому мы должны косвенно, используя разные методы, пытаться объяснить, что происходит в реакции, не имея возможности это увидеть или потрогать. Для этого мы использовали разнообразные эксперименты: онлайн ЯМР и МС мониторинги, использовали дейтерированные и меченные субстраты, подтверждали экспериментальные данные квантово-химическими расчетами. После этого нам пришлось привести огромный объем полученных данных в одну общую картину и на основе этого предположить возможный механизм реакции. Это было самой сложной и в то же время самой увлекательной частью данного исследования.

Помогал ли Вам кто-нибудь в решении возникающих проблем?

Конечно, любая сложная и серьезная работа — это труд нескольких людей. В данной работе использовался разнообразный функционал, то есть разные приборы, методы, подходы, помощь квалифицированных специалистов. Очень часто помогали различные внутрилабораторные научные семинары, потому что даже один заданный вопрос в нужный момент позволял придумать полезный эксперимент и получить очень важную информацию для своего исследования.

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

Наша лаборатория занимается изучением динамической природы катализа. Это подразумевает, что катализаторы в ходе реакций могут трансформироваться в разные формы. Очень важно понимать, во что превращается катализатор, так как это напрямую влияет на его активность. То, что я изучала ранее, это одно из направлений данного глобального исследования. В наших планах показать, что динамическая природа катализа реализуется и в других реакциях, с другими металлами: с платиной, золотом или никелем.

Каким образом Вы попали в химию?

Очень часто бывает, когда я спрашиваю у людей, почему они выбрали химию, мне отвечают, что изначально им понравилась биология, а уже потом химия. Моя любовь к химии началась с физики. Меня поражало как все то, что происходит с нами и окружает нас может быть описано набором уравнений и законов. Это было очень интересно и увлекательно. А когда в школе началась химия, помимо понимания, как и что работает, нам начали рассказывать, а из чего состоит все, что нас окружает. Мне было безумно интересно, что можно разобраться, как устроен мир, как он работает, какие законы в нем действуют. Конечно же, помимо этого, в химии меня привлекало то, что я могу заниматься очень важными и полезными вещами, например, пойти в промышленность или в фармацевтику. Поэтому помимо того, что химия очень интересная и увлекательная область, она так же очень перспективная и нужная для человечества.

Как оказались в ИОХе?

Я окончила Казанский федеральный университет. В Казани работала в лаборатории супрамолекулярной химии. Это было очень интересное для меня направление, но мне всегда хотелось найти что-то более полезное и применимое. Когда стал выбор, чем заниматься после университета, я узнала про лабораторию Валентина Павловича Ананикова. Привлекло меня то, что в этой лаборатории не просто создают эффективные каталитические системы для различных реакций, но также изучают механизмы этих сложных процессов, для понимания природы катализа в целом. Я не задумываясь написала письмо, приехала. Я была поражена уровнем оснащения лаборатории. Сомнения уже все отпали, и я решила, что надо пробовать.

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

Само слово «ученый» подразумевает, что это высококвалифицированный, любознательный человек, который ставит перед собой проблему, пытается ее решить. Но, к сожалению, в настоящее время этого недостаточно, потому что мир очень быстро развивается. Количество данных, которое мы получаем, оно гигантское. И современному учёному сейчас необходимо быть гибким и динамичным. Важно уметь использовать новые инструменты, например, искусственный интеллект, внедрять его в свою работу, чтобы делать свое исследование быстрее и качественнее.

Какой совет можете дать своим коллегам?

Я советую своим коллегам быть внимательными к деталям, потому что очень часто в научных исследованиях в маленьких деталях кроется истина. Не зря говорят: «Чтобы стать великим химиком, надо уметь управлять случайностями». Ну и конечно же, нужно много работать и не бояться сложностей!