Химия без лишних атомов

В 2025 году Национальная премия в области будущих технологий «Вызов» в номинации «Перспектива» была присуждена за разработку, которая меняет сами правила органического синтеза. Ее получила доктор химических наук Вера Виль (Институт органической химии имени Н. Д. Зелинского РАН), став первой женщиной-лауреатом в этой номинации.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Ее работа — создание нового направления в области образования химических связей — это мост между фундаментальной наукой и жизнью. С одной стороны, это глубокое переосмысление роли, казалось бы, простых веществ — органических пероксидов. Исторически они, начиная с «кислородной воды» Тенара (1818 год), часто оставались в тени, превратившись в «бедного родственника» химии, которого даже не изучают специально в университетах. И это притом, что от пероксидов зависит цвет волос миллионов блондинок, а такие их представители, как противомалярийный артемизинин, спасают жизни и приносят Нобелевские премии.

С другой стороны, это внедрение в синтез «идеального окислителя» — электрического тока. Объединив эти два принципа, Вера Виль и ее команда создают атом-эффективные методы, где каждый исходный атом работает на результат, а процессы становятся экономнее и экологичнее.

У этого подхода уже есть практическое воплощение — новые материалы для кабельной промышленности и современные средства защиты растений. Как же происходит переворот от фундаментальной идеи до реальной технологии? Почему именно пероксиды, эти «сигнальные молекулы» живых организмов, оказались ключом к прорыву? И как выглядит диалог между химиком, создающим новые связи в лаборатории, и агрономом или инженером на производстве?

В этом интервью «Ъ-Наука» поговорила с Верой Виль о том, как рождается новое научное направление, в чем красота зеленой химии и какая «химическая мечта» ведет ученого, задающего тон науке будущего.

— Вашу работу называют созданием нового направления в органической химии. Если объяснить неспециалисту, в чем заключается это новое направление и почему оно стало возможным именно сейчас?

— Современная органическая химия достигла очень высокого уровня развития. Сейчас химики могут синтезировать практически любое вещество. Однако, как правило, эта задача будет требовать много ресурсов, дополнительных реагентов, которые не войдут своими атомами в молекулу продукта, но необходимы, чтобы реакция пошла в нужную сторону. Все эти дополнительные реагенты увеличивают стоимость продукта, усложняют технологию, создают ненужные отходы.

Мы занимается созданием атом- и ресурсо-эффективных методов образования химических связей. Другими словами, мы разрабатываем такие технологии, в которых используется минимально необходимый набор реагентов и катализаторов. Это позволяет значительно снизить количество стадий, сделать синтез более экологичным за счет снижения количества отходов.

— Вы работаете с двумя «двигателями» реакций: органическими пероксидами и электрическим током. Что между ними общего, с точки зрения химика, и как они дополняют друг друга в вашем научном подходе?

— И использование органических пероксидов, и использование электрического тока позволяет убрать какой-то ненужный элемент из стандартной схемы реакции. В наших работах пероксиды выступают и как реагент, который входит в молекулу продукта, и как окислитель, тем самым делая реакцию абсолютно атом-эффективной. Электрический ток, в свою очередь, выступает как «невещественный» реагент. При проведении электролиза на аноде происходят процессы окисления (фактически, можно сказать, анод отбирает электроны от реагентов), но в отличие от традиционных химических окислителей после использования анодных процессов не образуется «неактивной» формы бывшего окислителя.

— Вы отмечаете, что пероксиды — это «бедный родственник» в химии. Как вы пришли к идее, что именно в этой, казалось бы, простой и недооцененной группе соединений кроется огромный потенциал для создания новых химических связей?

— Наша лаборатория является одним из мировых лидеров в химии органических пероксидов. Мой руководитель, академик РАН Александр Олегович Терентьев, начал развивать эту тематику более 20 лет назад, когда она казалось «дикой» и «экзотичной» даже в профессиональных кругах. С расширением лаборатории мы заходили во все новые и новые области этой химии, и уже моя кандидатская диссертация была посвящена использованию органических ацилпероксидов для атом-экономичного создания химических связей.

— Ваши методы уже нашли применение в промышленности — от кабельных изоляций до средств защиты растений. Как быстро происходит этот путь от фундаментального открытия в лаборатории до реальной технологии? Кто обычно проявляет инициативу — промышленность или ученые?

— Не буду лукавить, путь от лаборатории до реальной технологии зачастую тернист и неочевиден. Очень радостно, что в последние годы это стало взаимным движением навстречу друг другу. Во многом это стало возможным благодаря программам, инициированным Минпромторгом, Минобразования и РНФ. Говоря о конкретных примерах, наш проект по созданию технологии получения органических пероксидов для производства силовых кабелей прошел путь от лаборатории до производства за полтора года, но это невероятно быстро, как правило, такой путь может занимать пять лет в лучшем случае.

— Электрохимические методы — это один из столпов зеленой химии. Насколько сегодня экологичность является реальным драйвером для внедрения ваших разработок, а насколько это все же вопрос будущего и принципиальной позиции ученых?

— Экологичность технологий — это в первую очередь вопрос стоимости очистки всех отходящих газов, стоков, вопрос стоимости утилизации отходов. И все это вкладывает свою лепту в конечную стоимость продукта, поэтому становится вопросом экономическим.

Использование электрического тока позволяет принципиально иначе организовать химический синтез — не покупать банку/бочку/еврокуб реагента, транспортировать его, хранить, перекачивать, потом утилизировать отходы, а использовать гораздо более дешевое электричество, чтобы провести необходимое превращение.

— Как молодому ученому вам удается балансировать между фундаментальными исследованиями (изучение механизмов реакций) и решением конкретных прикладных задач? Что для вас лично интереснее?

— Я убеждена, что без глубокого понимания фундаментальных закономерностей протекания химических реакций невозможно создать хорошее прикладное решение. Это как пытаться собрать автомобиль без понимания законов механики. Мне сложно сказать, что из этого наиболее интересное,— наверное, как во многом, прелесть в балансе. Сейчас во многих научных институтах РАН ведутся как фундаментальные, так и прикладные разработки, это позволяет молодым ученым, аспирантам лучше погружаться как в международный, так и в российский химический мир, делая их глубокими и погруженными в проблему специалистами.

— Создание нового направления — это только начало. Куда вы планируете его развивать? Есть ли у вас «химическая мечта» — синтезировать с помощью своих методов нечто совершенно особенное, чего нельзя получить иначе?

— Органическая химия — удивительная наука. Только нам начинает казаться, что мы что-то о ней поняли, как новый эксперимент опровергает существовавшие теории. Мы планируем развивать открытые направления, и, как у любого ученого, моя мечта — увидеть как можно больше наших разработок воплощенными в жизнь.

— Ваша работа — пример успеха на стыке дисциплин (органика, электрохимия, материаловедение). С какими специалистами из других областей вам приходится теснее всего сотрудничать и в чем главная сложность такого междисциплинарного диалога?

— Органическая химия тесно переплетена с физической химией и катализом, потому что разработка новых синтетических методов невозможна без применения современных физико-химических методов анализа и понимания закономерностей каталитических процессов.

В рамках нашего большого проекта по разработке средств химической защиты растений наша лаборатория тесно сотрудничает с биологами, аграриями, экологами. Во время полевых испытаний работаем непосредственно с трактористами и агрономами. У каждой дисциплины сформировался свой специфический научный язык и бывает сложно найти общий. Но такие междисциплинарные проекты невероятно обогащают научную картину мира и очень полезны.

— Премия «Перспектива» отмечает ученых, которые задают тон науке будущего. Как, по-вашему, может измениться роль фундаментальной химии в решении глобальных задач в ближайшие 10–15 лет и что самое важное могут сделать молодые ученые сегодня?

— Роль химии в современном обществе будет только расти, это связано со все возрастающей потребностью в новых функциональных материалах, в необходимости наращивать производительность сельскохозяйственной продукции. Решение таких задач невозможно без химии. Молодые ученые сегодня — это опытные профессионалы завтра, и именно их ответственность — решение таких сложных задач.

Мария Грибова