От случайности к открытиям: как фотохимия изменила путь ученого

Молодой ученый ИОХ РАН, кандидат химических наук, научный сотрудник Лаборатории гетероциклических соединений им. академика А.Е. Чичибабина Константин Вячеславович Милютин поделился своими взглядами на современную науку и рассказал о своих исследованиях в области фотохимии и гетероциклических соединений. Его научный путь начался с увлечения биотехнологиями, а завершился глубоким погружением в органическую химию, где он случайно открыл для себя мир фотохимических превращений.

В интервью Константин делится своими открытиями в изучении 3-гидроксипиран-4-она, рассказывает о важности стабилизации реакционноспособных интермедиатов и описывает свои планы по изучению анионных фотопревращений. В интервью Константин рассказывает о своем научном пути, ключевых исследованиях и вызовах, с которыми сталкиваются современные ученые.

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

По большей части наша маленькая научная группа занимается фундаментальными исследованиями. Основное наше направление на данный момент — фотохимические превращения разнообразных фоточувствительных соединений. Один из объектов, над которым мы работаем — это 3-гидроксипиран-4-он (алломальтол). Он обладает широким набором химических свойств, при этом его фотохимические свойства были почти не изучены.  Вторая область наших исследований связана с построением гексатриеновых систем и изучением их фотохимических свойств. Данные системы в зависимости от строения могут проявлять свойства фотохромов либо фотогенераторов и использоваться в фотолитографии, фотодинамической терапии в качестве молекулярных переключателей.

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

Данная работа находится в цикле исследований фотохимических свойств алломальтола.  3-гидрокси-4-пираноны под действием УФ-света претерпевают фотохимическую перегруппировку с сужением цикла. Образующиеся при этом α-гидрокси-1,2-циклопентеноны неустойчивы и быстро подвергаются процессам разложения из-за их высокой реакционной способности. Решением подобной проблемы является «улавливание» фотогенерированного интермедиата последующей химической модификацией.  Ранее мы показали, что α-гидрокси-1,2-циклопентеноны могут быть стабилизированы за счет взаимодействия с различными функциональными заместителями боковых цепей с образованием стабильных бициклических и спироциклических продуктов. В данной работе исследовалось взаимодействие фотогенерируемого α-гидрокси-1,2-циклопентенона, содержащего гетероциклический фрагмент — бензимидазол, в составе боковой цепи. Интересно, что в данном случае возможно 2 варианта циклизации — это присоединение по Михаэлю и взаимодействие с карбонильной группой циклопентендионового фрагмента.

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

Результаты наших фотохимических исследований могут быть применены для синтеза сложных конденсированных продуктов. Данные системы могут быть использованы в качестве исходных субстратов для поиска новых биологически активных соединений.

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

Основной проблемой данной работы было установление структуры полученных соединений, связанных с особенностями их строения. В растворах по данным ЯМР они существуют в виде смеси двух соединений. Это связано с возможностью внутримолекулярной циклизации промежуточной «открытой» формы, образующейся в процессе фотореакции, по двум возможным направлениям. Для определения строения мы использовали данные рентгеноструктурного анализа, а также провели ряд химических модификаций, которые позволили получить производные первой или второй изомерных форм.

Помогал ли Вам кто-нибудь в решении возникающих проблем?

Огромную поддержку на протяжении всей работы мне оказывал мой научный руководитель — Комогорцев Андрей Николаевич.

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

Сейчас мы изучаем анионные фотопревращения производных алломальтола. Спектральные характеристики заряженных молекул сильно отличаются от исходных соединений, что может изменять механизм реакции. На данный момент в этой области у нас есть 1 работа, демонстрирующая анионную фотоизомеризацию замещенных 3-гидроксипиран-4-онов в 3-гидроксипиран-2-оны. Дальнейшая работа направлена на масштабирование и детальное изучение данного превращения.

Каким образом Вы попали в химию?

Еще со школы я искал себя и особо не знал, чем заниматься по жизни. Основными предметами, которые меня привлекали, были биология и химия. Не могу сказать, что я прямо попал в химию, мое первое образование больше инженерное, я биотехнолог. Тогда мне хотелось заниматься больше молекулярной биологией или биохимией. С этой целью я дополнительно поступил в магистратуру по химии и ближе к концу курса понял, что хочется остаться в органической химии. Увлечение фотохимией вообще чистая случайность.

Как оказались в ИОХе?

Я начал работать в ИОХе после поступления в аспирантуру. Я долго формировал потенциальный список для поступления, смотрел разные вузы и организации, знакомился с работами. Отправить документы непосредственно в ИОХ мне посоветовал мой бывший научный руководитель.

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

Думаю, что современный ученый должен обладать множеством качеств. Основными, на мой взгляд, являются трудолюбие, амбициозность, а также обладать некоторой гибкостью и подвижностью к новому.

Какой совет можете дать своим коллегам?

Не предаваться унынию после проведения неудачных экспериментов. Из любых сведений всегда можно извлечь массу информации.