Гибридные материалы из органических и неорганических соединений позволят сочетать возможности компонентов
В Москве состоялась вторая церемония вручения национальной премии в области будущих технологий «Вызов». Лауреат премии в номинации «Перспектива» Леонид Ферштат рассказал о создании инновационных лекарств, важности принципов зеленой химии и разработке гибридных материалов.
— Расскажите о ваших исследованиях в области химических гетероциклических азотсодержащих соединений. В чем их особенность и практическая значимость?
— Органическая химия изучает соединения углерода, способного формировать разнообразные молекулярные структуры — от простых цепочек до сложных циклов. Особый интерес представляют гетероциклические соединения, в которых циклы включают не только атомы углерода, но и другие элементы, например азот. Гетероциклы удивительно разнообразны по строению — они различаются составом и размером циклов. В природе чаще встречаются пяти- и шестичленные структуры, но современные методы синтеза позволяют получать множество вариаций. Азотсодержащие гетероциклы играют ключевую роль в жизни человека — они входят в состав ДНК, лекарств, различных материалов. Можно сказать, что эти соединения буквально окружают нас повсюду.
— Какие технологии применяются для создания новых материалов на основе этих соединений?
— Мы разрабатываем функциональные материалы нового поколения. С одной стороны, комбинируем синтезированные вещества с различными технологичными компонентами для создания новых видов топлива. С другой — работаем над гибридными материалами, сочетающими органические и неорганические компоненты. Такие материалы способны накапливать большое количество энергии и обладать высокой термостойкостью. Сейчас мы исследуем возможность нанесения органических соединений на подложку из оксида графита для получения гибридов с уникальным сочетанием свойств обоих компонентов. Результаты этой работы будут представлены в ближайшем будущем.
— Как удается создавать материалы с заданными свойствами для промышленности?
— Работа химика похожа на сборку конструктора — мы модифицируем молекулы на атомарном уровне, добавляя нужные фрагменты для придания определенных свойств. Ключевое значение имеет молекулярная структура, поэтому мы постоянно совершенствуем методы синтеза гетероциклических соединений. Это непростая задача, поскольку наши вещества богаты азотом и кислородом, что делает их энергоемкими, но капризными в работе. Многие стандартные подходы здесь не работают, приходится тщательно подбирать условия реакций. Так мы создаем фундамент для получения материалов с заданными физико-химическими характеристиками.
— Почему вы занялись разработкой лекарств на основе азотно-кислородных гетероциклов?
— Это традиционное направление нашей лаборатории с 1962 года. В 1980-90-х годах обнаружилось, что некоторые азотно-кислородные гетероциклы могут служить донорами оксида азота NO — важнейшей сигнальной молекулы в организме, регулирующей множество процессов от мышечных сокращений до работы сосудов. При нарушении выработки NO развиваются различные заболевания, поэтому создание новых сосудорасширяющих и тромболитических препаратов крайне актуально. Существующие лекарства, как нитроглицерин, имеют серьезные побочные эффекты. Наши соединения лишены этих недостатков и могут стать основой для более совершенных лекарственных средств.
— Каковы перспективы применения высокоазотных материалов?
— Спектр применения очень широк. На основе высокоазотных гетероциклов можно получать стабильные радикалы с уникальными магнитными свойствами для создания устройств хранения информации. В агрохимии эти соединения служат основой для экологичных фунгицидов и стимуляторов роста растений. Таким образом, высокоазотные гетероциклы находят применение как в высокотехнологичных материалах, так и в сельском хозяйстве.
— Насколько важны принципы зеленой химии в вашей работе?
— Зеленая химия — важнейшее направление современной науки. Ученые во всем мире стремятся следовать ее 12 базовым принципам, обеспечивающим устойчивое развитие. Мы тоже стараемся максимально соблюдать эти требования. Хотя некоторые наши реакции пока требуют агрессивных реагентов, мы активно развиваем электрохимические методы синтеза. Использование электрического тока вместо токсичных окислителей делает процессы более экологичными и экономичными. Это отличный пример того, как современные технологии помогают сделать химию более дружественной к природе.
Подготовлено при поддержке премии «Вызов»
Источник: www.kommersant.ru
