Официальный сайт ЮРГПУ(НПИ) » Архив cобытий университета » Архив событий за 2018 год » КАК ПРАВИЛЬНО ВЫБРАТЬ КАТАЛИЗАТОР ПОСЛЕДНЕГО ПОКОЛЕНИЯ?

Ответ на этот вопрос знают учёные-химики ЮРГПУ(НПИ)

В престижном международном журнале «Chemical Science» опубликована статья группы авторов, представляющих ЮРГПУ(НПИ) и Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН, под названием «Новая роль оснований в активации/деактивации каталитических систем: O-NHC-сочетание в M/NHC-катализе». От нашего университета в авторский коллектив вошли В.М. Чернышёв, О.В. Хазипов, М.А. Шевченко, А.Ю. Черненко, А.В. Астахов и Д.В. Пасюков, от ИОХ РАН – В.П. Анаников, Д.В. Ерёмин и А.С. Кашин.

«Chemical Science» - это международный общехимический научный журнал, посвящённый фундаментальной химии, или, как следует из информационной страницы редакции Королевского химического общества: «журнал открытого доступа для опубликования исключительно значимых результатов из всех областей химической науки». Импакт-фактор этого издания – 8,7, что свидетельствует о его очень высоком рейтинге и авторитете в научном сообществе.

Статья «Новая роль оснований в активации/деактивации каталитических систем: O-NHC-сочетание в M/NHC-катализе» описывает совершенно новую и, как оказалось, очень важную для теории и практики химического катализа реакцию последнего поколения металлокомплексных катализаторов – так называемых «координационных соединений металлов с N-гетероциклическими карбенами», открытую в химиками Южно-Российского государственного политехнического университета (НПИ) им. М.И. Платова совместно с коллегами из Института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН. Эта реакция идёт практически в каждой пробирке и каждом реакторе, где используются такие катализаторы. Большинство реакций, приблизительно 80%, катализируемых координационными соединениями палладия, никеля и платины, происходят в присутствии сильных неорганических оснований. Учёные рассмотрели, как влияет механизм катализа в сочетании с этой реакцией на активность и стабильность каталитических систем. В практическом отношении статья ценна тем, что она помогает правильно выбрать металлокомплексные катализаторы последнего, четвёртого поколения, чтобы они работали эффективно. Ведь в некоторых реакциях эти весьма дорогие катализаторы недостаточно эффективны, в других же случаях требуется специфически изменять структуру катализатора. Катализаторы четвёртого поколения в скором будущем будут использоваться в самых высокотехнологических химических производствах. Это то, над чем работают современные учёные, и то, за что в последние десятилетия присуждались Нобелевские премии.

- Мы работаем с катализаторами так называемого «последнего поколения», они сейчас только разрабатываются, - рассказал профессор, д.х.н. Виктор Михайлович Чернышёв. - До недавнего времени такие катализаторы считались очень стабильными, устойчивыми в реакционных системах. А мы установили, что один из компонентов в реакционной системе может очень легко реагировать с этими катализаторами, приводя к их разрушению. Это открытие очень ценно в фундаментальном плане. Чем наше открытие важно для практики? Оно показывает, в каком направлении двигаться и как выбирать катализатор для конкретной реакции. Самое ближайшее применение на практике – это фармацевтическая химия, синтез лекарственных препаратов. Мы показываем в статье, что использование дорогих катализаторов в ряде реакций является неоправданным, и обозначаем ряд реакций, где их нужно использовать.

Александр Владимирович Астахов работает на кафедре с 2010 года, защитил кандидатскую диссертацию, в настоящее время готовит материалы для докторской диссертации:

- Наша лаборатория сейчас занимается преимущественно гомогенным катализом, который очень часто используется в высокотехнологичных производствах: фармацевтиком для производства сложных молекул лекарственных препаратов, в микроэлектронике при изготовлении специальных «гибридных» и оптических материалов. Важнейшими качеством катализаторов 4 поколения считается сочетание высокой активности с устойчивостью каталитических свойств. Мы в лаборатории в настоящее время решаем проблемы, связанные с гомогенным катализом: разрушение комплекса в результате разных реакций и образование побочных продуктов разрушения, от которых необходимо избавляться. В качестве катализатора используются различные металлы – платина, палладий, никель, которые могут оказывать побочное, вредное действие на продукт при разрушении катализатора. Чем меньшее количество катализатора используется, и чем катализатор более стабилен, тем обычно чище оказывается продукт. Ещё одно направление – это использование различных нанесённых катализаторов, при котором возникают проблемы с очисткой продукта. В нашей лаборатории мы пытаемся разработать методы стабилизации таких катализаторов для того, чтобы катализ, с одной стороны, был как можно более эффективным, с другой – чтобы устойчивость катализатора была максимальной, и чтобы один и тот же катализатор можно было использовать повторно. Сейчас это большая проблема. Вышедшая в свет статья посвящена именно изучению стабильности и устойчивости гомогенных катализаторов. В этой области сейчас работает много групп учёных. Наш плюс в том, что мы, уже имея определённый опыт, смогли взглянуть на эти катализаторы не как на «чёрный ящик», способствующий увеличению других реакций, а как на функционирующую по определенным законам «живую» металл-органическую систему. Мы обнаружили новый тип реакций, характерный для этих систем, и объяснили важнейшие закономерности, по которым «живут» и «умирают» каталитические системы в процессе катализа. Сейчас мы перешли к следующему этапу исследований и разрабатываем способы, которые смогут «продлить жизнь» катализаторам, сделать их устойчивыми к открытой нами реакции.

Андрей Юрьевич Черненко – аспирант третьего года, в следующем году планирует защиту кандидатской диссертации:

- В этой статье и предыдущих работах мы показали, что даже высокоперспективные металлоорганические катализаторы 4 поколения могут разрушаться под действием оснований в ходе каталитической реакции. Соответственно, актуальным становится решение проблемы: как сделать так, чтобы комплексы металлов были устойчивыми к основаниям, но при этом проявляли высокую каталитическую активность. Простыми словами: сделать такие катализаторы, чтобы очень малое количество катализатора позволяло очень долго производить большое количество химического продукта.

Из всех работ, имеющихся у меня на данный момент как у автора или соавтора, эта работа наиболее значимая, поскольку, во-первых, здесь открыта принципиально новая реакция, во-вторых, статья опубликована в самом высокорейтинговом журнале из всех, где прежде публиковались мои работы. Это говорит о высоком уровне наших исследований и их признании мировым научным сообществом.

Дмитрий Викторович Пасюков – студент четвёртого курса, в ближайшие дни собирающийся защищать выпускную квалификационную работу, тема которой пересекается с областью исследований всей группы учёных.

- Тема моих исследований – синтез катализаторов четвёртого поколения и проведение каталитических реакций с этими катализаторами. Конечно, такие высокорейтинговые работы, которые уже есть в моём активе, - хорошее подспорье для моей будущей жизни в науке. После защиты дипломной работы я собираюсь поступать в магистратуру, а затем – стать аспирантом. Химией как наукой я увлёкся ещё в школе, в седьмом классе, и воспринимал её как… магию, при помощи которой человек может превращать, к примеру, жидкие тела в твёрдые. Но одно дело - сознание школьника, и совсем другое – изучение химии в вузе. За эти годы мои представления претерпели кардинальные изменения. Сейчас я занимаюсь исследованиями конкретных явлений. Например, в рамках тех исследований, которые описаны в статье в журнале «Chemical Science», я занимался получением самих объектов исследования, то есть комплексов, и получением исходных соединений для продуцирования этих комплексов.

Публикация в столь высокорейтинговом журнале – это всегда гарантированно большая читательская аудитория. Статья наших химиков волей редактора журнала «Chemical Science» попала в раздел «Hot papers», то есть была признана не просто актуальной, но и способной «двинуть» вперёд эту область науки, поэтому сейчас работа находится в открытом доступе. Это уже вторая статья наших химиков, которая попадает в открытый, т.е. бесплатный доступ по решению международных научных издательств, и которой обеспечен пристальный интерес со стороны научного сообщества. Вообще же работы В.М. Чернышёва с соавторами неоднократно публиковались в весьма высокорейтинговых журналах и имеют очень высокий индекс цитирования.

Общая работа новочеркасцев и москвичей – яркое свидетельство результативной системы академической мобильности и настоящей преемственности поколений: сотрудниками и соавторами В.П. Ананикова и В.М. Чернышёва уже не в первый раз становятся не только завтрашние доктора химических наук, но и аспиранты, магистранты и даже совсем молодые, но очень перспективные студенты-старшекурсники.

Желаем нашим химикам дальнейших успехов, творческого вдохновения и расширения читательской аудитории!

Юлия Чернокозова, Фото Виктории Павловой