Химия. Электрическая и органическая
Национальная премия в области будущих технологий «Вызов» вручается за наукоёмкие разработки и исследования, обладающие значительным потенциалом для изменения жизни людей к лучшему и имеющие горизонт практического внедрения до десяти лет.
Научный комитет Национальной премии в области будущих технологий «Вызов» присудил премию 2025 года в номинации «Перспектива» за разработку методов образования новых химических связей с участием электрического тока и органических пероксидов доктору химических наук Вере Андреевне Виль (Институт органической химии имени Н. Д. Зелинского РАН).
Современная химия может всё. Во всяком случае, синтезировать любое соединение практически из чего угодно ей под силу. Вопрос только — какой ценой? К тому же химикам ничуть не чуждо чувство прекрасного, и химический синтез сродни искусству: в нём есть место красивым реакциям, творческому подходу и необычным союзам. Например с электричеством. Какие задачи есть у современной органической химии, где в ней место электричеству и какое химическое открытие изменит будущее человечества, рассказывает доктор химических наук Вера Виль.
— Вера Андреевна, чем занимается современная синтетическая химия, какие у неё задачи?
— По моему личному мнению, современную синтетическую химию можно разбить на три больших направления. Первое — это органическая химия, которая ближе к медицинской химии, она направлена на синтез сложных соединений, например природных. Классическая история: из растения выделили биологически активные вещества, как правило, сложного строения, начали их изучать, и оказалось, что у одного соединения есть действительно уникальная активность. Но в растении содержание вещества очень маленькое. Понятно, что столько растений не напасёшься и нужно предложить синтетический метод получения точно такого же соединения. Это целая большая область, в которой работают очень много химиковсинтетиков.
Вторая область, тоже большая, занимается развитием методов, скажем так, более классических. Хотя сейчас уже даже металлокомплексный катализ стал классическим методом синтеза. Или, например, домино-процессы, которые ещё называют каскадными процессами. Когда в результате химического превращения проходит не одна реакция, а несколько, может быть, десять-двенадцать. Но они как бы друг за друга цепляются, и в итоге за одну технологическую стадию собирается сложная молекула. Но в целом классическая органическая химия никуда не исчезла, она живее всех других. В каких-то моментах она стала более прикладной, стала инструментом решения комплексных задач. Например, разрабатывается какой-то сенсор, или прибор, или даже микросхема, и нужно что-то синтезировать. Такая задача решается классической органической химией.
И третье направление, которым мы больше занимаемся, — это разработка новых методов, и оно очень тесно связано с катализом. Я бы даже сказала, что в некоторых моментах очень сложно провести грань между органической химией и катализом. К примеру, мы всегда себя считали органическими химиками, но если посмотреть на те журналы, в которых мы публикуемся, то это, как правило, журналы, у которых в названии есть слово «катализ»: ACS Catalysis, Advanced Synthesis & catalysis. Новые каталитические методы с использованием фотохимии, электрохимии, металлокомплексного катализа тесно интегрированы в органическую химию.
Если раньше катализ был больше связан с такими областями, как, например, нефтепереработка — процессы крекинга, риформинга, гидрокрекинга, серо- и гидроочистки, то сейчас катализ усложняется, в него приходит гораздо больше органической химии, и они становятся очень переплетены. Я бы так описала развитие органической химии сейчас.
— Вы сказали, что органическая химия стала повсеместно использовать каталитические реакции как инструмент синтеза. Но если в промышленности разработка катализатора окупается впоследствии крупнотоннажным производством, то оправдана ли разработка катализаторов для лабораторного синтеза?
— Каждый случай новых каталитических систем — это такое небольшое открытие. Вот, например, наша лаборатория занимается среди прочего разработками новых методов активации молекул. До нас около 150 лет гидропероксиды активировали для реакции либо с помощью металлов, либо высокой температурой, либо жёстким УФ-излучением, либо соединениями йода. На этих четырёх механизмах было построено несколько сотен реакций с участием пероксидов.
Мы же впервые показали, что к этому всему можно добавить ещё и электрический ток. И электрический ток тоже позволяет активировать молекулу, что открывает огромный простор для исследований. Говоря о новых каталитических методах, мы пытаемся найти новые принципиальные способы запустить химическую реакцию. Понятно, что это трудоёмко, но это открывает перспективы, о которых раньше нельзя было подумать.
— Поиск новых способов опирается больше на теоретические исследования или же это, скорее, перебор на практике каких-то вариантов, попытка угадать, где получится?
— Знаете, это очень сложно чётко сформулировать. Многие, к примеру, говорят о какойто интуиции химиков. Мне не очень нравится это слово, но жизнь показывает, что действительно у некоторых учёных есть способность как-то предсказывать направления развития, предлагать необычные методы. В английском языке это называется «serendipity». Просто бывает, что один человек может поставить триста экспериментов, и у него ничего не получится. Хотя он делает перебор, да? А другой человек поставит двадцать опытов, и это тоже будет в какой-то степени перебор. Но почему-то за эти два десятка опытов он придёт к результату. Да, у каждого, если посмотреть в каждом конкретном случае, есть перебор вариантов, путей — редко что получается с первого раза. Но вот объём этого перебора почему-то у одних маленький, а у других большой. И это необъяснимо. У кого-то вообще не получается, никак. Если бы я знала, где и что искать, у меня, наверное, было бы гораздо больше научных исследований…
— Логика синтеза сложных природных молекул в лаборатории больше похожа на то, как эти вещества синтезируются в природе, в живых объектах или же это полностью искусственный путь синтеза со своими реагентами, исходными и промежуточными продуктами?