http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?_language=ru&id=9f8de0d4-092e-4316-b143-1892d5cec9 4d&print=1© 2024 Российская академия наук
С молодым членом-корреспондентом РАН Валентином Ананиковым, заведующим отделом и лабораторией Института органической химии им. Н.Д.Зелинского РАН, мы встречались не раз. И рассказывали на страницах “Поиска” о наиболее важных подвижках в исследованиях ученого. Скажем, в области ЯМР-спектроскопии лаборатория Валентина Павловича провела ни много ни мало миллион измерений - рекорд в этой области. А за создание новых нанокатализаторов Немецкое химическое общество удостоило В.Ананикова, первого среди отечественных исследователей, престижной премии. Сегодня речь вновь пойдет о наночастицах - их чрезвычайно интересных и неожиданных особенностях, сотворивших сенсацию в химическом сообществе. Оказалось, химики взаимодействуют с ними (наночастицами), вовсе о том не подозревая.
А началось все с того, что в лабораторию Ананикова пришел “правильный” - чрезвычайно любознательный и внимательный - аспирант Сергей Залесский. Как-то он проводил рутинные измерения (снимал спектр с очень известного химического соединения) комплекса палладия. Он помогает получать растворимые гомогенные катализаторы - основу многих каталитических процессов, широко применяемых, например, в фарминдустрии, а также при создании новых материалов. Это очень динамично развивающаяся в мире область химии, однако у нас, к сожалению, металлокомплексным катализом занимаются всего несколько групп.
Аспирант, между тем, нашел в спектре растворенного реактива лишние сигналы. Обычно их, скажем, 30, а на этот раз вышло 32. Такие случаи бывают сплошь и рядом, а потому химики мало обращают на это внимание: ведь в спектре есть все нужные сигналы. Но не таков Сергей Залесский. Раз есть лишние, пусть и незначительные, сигналы, он решил выяснить причину их появления.
Анаников настойчивость сотрудника всячески поощрял. Как только появляется интересный спектр, а в нем обнаруживается какое-либо несоответствие, обязательно нужно узнать, не скрыто ли здесь чего-либо важного. Благодаря такой настойчивости было сделано немало интересных находок. Так оказалось и на этот раз. Месяца два Залесский искал ответ, проделав поистине гигантскую работу: он буквально “распотрошил” сигналы, проведя всевозможные анализы, и получил совершенно неожиданный результат.
- В хорошо известном реактиве на основе комплекса палладия, - рассказывает Валентин Анаников, - он служит химикам для получения катализаторов уже лет 50, обнаружились наночастицы металла. Оказалось, что в стандартном комплексе с заданными, точно известными свойствами спонтанно происходят реакции - и в результате образуются наночастицы. Причем в довольно большом количестве. Мы тут же закупили наборы реактивов у нескольких всемирно известных компаний, изготавливающих и продающих эти популярные комплексы. И убедились: все они имеют разные показатели. В одном, скажем, 90% растворимого вещества и 10% наночастиц. В другом соотношение 80 и 20. А в третьей партии число наночастиц достигало аж 40%. Получается, что химики вместо реактивов с заданными свойствами получают... кота в мешке. Поскольку и когда его производят, и когда, уже готовый, он хранится на складе в ожидании заказчика, продолжается образование наночастиц, и заданные свойства изменяются, причем подчас кардинально. Проконтролировать эти неожиданные процессы практически невозможно.
Эффект колоссальный. Во многих реакциях наночастицы становятся более активными, например в катализе. Естественно, он идет уже совершенно иначе, поскольку вызывает его вовсе не сам реактив, а примеси наночастиц в нем. И химики получают вещество с параметрами, на которые никак не рассчитывали. Сам по себе этот неожиданный результат может представлять определенный интерес, однако повторить реакцию невозможно. Пока шла подготовка к опыту, количество наночастиц изменилось - и они повели себя по-другому. В итоге выходит, что химикам очень непросто стабильно синтезировать искомые продукты.
Выяснилась еще одна любопытная деталь. Традиционно ученые отличают гомогенный катализ, идущий с растворимыми комплексами металлов, от гетерогенного - с нерастворимыми. Но когда мы стали глубже вникать в эти процессы, то убедились: в чистом виде осуществить оба катализа для реакций в растворе очень трудно. А все благодаря непредсказуемому поведению наночастиц.
И вот следствие. Считалось, что наноразмерные катализаторы безопасны для применения. Теперь же мы понимаем, что это не совсем так. От наноразмерного катализатора отрываются небольшие фрагменты - кластеры и в конечном итоге попадают в продукт (явление вымывания катализатора в раствор). Это значит, ни больше ни меньше, что токсичные соли тяжелых металлов, палладия в частности, могут оказаться, скажем, в медицинских препаратах, элементах солнечных батарей или светодиодах и значительно ухудшить их свойства. Легко понять наше беспокойство: мы получаем не чистое вещество, а загрязненное. Такой сюрприз таили в себе два лишних малозаметных сигнала.
Явление, обнаруженное С.Залесским и В.Ананиковым, открытием вряд ли назовешь, но сенсацию в химическом сообществе оно вызвало небывалую. Статью за подписями химиков ИОХ без промедления опубликовал в мартовском номере за этот год ведущий журнал американского химического общества (DOI:10.1021/om201217r). Она вызвала буквально шквал откликов по всему миру. Одни издания ее перепечатали, другие на нее ссылались. Статья оказалась в Интернете, ее обсуждали в блогах - редкий случай в химическом мире. Появилось множество высказываний и комментариев: публикация попала, что называется, в “больное место”. Авторы получили массу поздравлений со всего мира. “Мы всегда чувствовали что-то неладное и ждали, когда нечто подобное обнаружится”, - общее мнение пораженных химиков.
Очень престижный журнал “Химические и инженерные новости” (C&EN), также издаваемый американским химическим обществом, между прочим, один из самых читаемых в мире, не обошел вниманием детективную историю с наночастицами и дал статью под названием “Нанонеприятности”. Главная ее мысль: находка, сделанная в ИОХ, меняет наше представление о катализаторах и каталитических процессах в органическом синтезе. И все из-за наночастиц, образующихся в тайне от химиков. Теперь же их (наночастицы) схватили “за руку” - и они не смогут строить козни ученым.
Бурная реакция научного сообщества вполне объяснима. В этой области химики проводят тысячи, если не десятки тысяч исследований. Конечно, их результаты никто под сомнение не берет. Однако очень многое, относящееся к фундаментальному знанию, придется пересмотреть. Как и к прикладной науке. Чтобы получать чистые химические соединения, лекарства в первую очередь, нужно будет ужесточить технологии. Перемены ждут, безусловно, и фирмы - поставщики реактивов: им придется ввести тщательный контроль всего, что они продают, регламентировать сроки хранения и доставки. А химики, прежде чем приступать к опытам, должны будут тщательно проверять качество реактивов, даже хорошо известных и, на первый взгляд, простых. Раньше, доверяя репутации поставщиков, так поступали очень немногие лаборатории, сегодня, думается, все. В общем, если и не революция произошла в области металлокомплексного катализа, то, как раньше, уж точно не будет.
А что же виновник сенсации? Оказалось, что Сергею Залесскому недолго пришлось нежиться в лучах славы.
- Известно: чем больше мы находим чего-либо неожиданного, интересного, тем больше возникает вопросов, - подводит итог Валентин Анаников. - Так и в этом случае. А потому в ближайшие два года Сергея Сергеевича ждет ответственная работа. Раз мы столкнулись с одним явлением самопроизвольного образования наночастиц, значит, нужно проанализировать и другие комплексы металлов - никель, медь, платину... Не преподнесут ли сюрпризы и они? Образуются ли и в них наночастицы даже при хранении? То, что произошло с палладием, частный случай или общий?
...Глядя на автора нанодетектива - Сергея Залесского, невольно подумал: инициатива наказуема или все-таки поощряема?