Химия и жизнь

№10 (6214) от 09 февраля 2024

В Рязани работает коллектив исследователей, почти весь состоящий из молодых учёных года

Лаборатория координационной химии Рязанского государственного университета – точка в пространстве фундаментальной науки мирового уровня. Здесь органические соединения изучают фундаментально и пытаются найти подход к решению одной из главных задач этой отрасли знаний – как научиться создавать безопасные медикаменты, действующие строго предсказуемо, а заодно это позволит внести вклад в другие химические технологии.

В лаборатории работают шесть исследователей. Все они, за исключением руководителя, получили премию «Молодой ученый года» в разное время. Молодые годы руководителя, доктора химических наук Константина Гаврилова, пришлись на тот период, когда премии еще не существовало.

Из мира «Зазеркалья»

Лаборатория работает над многими задачами. Ее коллектив, состоящий из молодежи, может рассчитывать на помощь со стороны наиболее талантливых и перспективных студентов.
Кандидат химических наук, доцент и старший научный сотрудник лаборатории Илья Чучелкин тоже начинал заниматься наукой с первого курса, а в 2018 году получил премию «Молодой ученый года». По его словам, вручают награду не за конкретное достижение, а за общий уровень активности в развитии науки в регионе. Еще нужно участвовать в конференциях, готовить статьи, участвовать в популяризации научных знаний. Премию с первого раза могут и не дать. Первый опыт участия в отборе у Ильи был еще 12 лет назад. Сейчас почти каждый год кто-то из сотрудников лаборатории получает эту премию. Бонус, конечно, приятный, но главной задачей исследователи видят познание тайн устройства окружающего мира через фундаментальное изучение конкретного раздела химии. В лаборатории занимаются органическим синтезом и асимметрическим катализом. А что это такое, учёные готовы рассказать непосвященному человеку буквально на пальцах.
– В сложных химических соединениях при одинаковой химической формуле и идентичной пространственной структуре молекул конкретного вещества сами эти молекулы могут быть двух видов, как зеркальные отражения друг друга, но они не обязательно тождественны – они разные. Например, если мы покажем себе ладонь правой руки в зеркале, мы там увидим ее отражение, и это будет фактически как левая рука. Но перчатку для левой руки не удастся нормально надеть на правую. Аналогичный пример с обувью, когда ботинок надевают не на ту ногу, ещё ярче иллюстрирует этот принцип, – рассказывает Илья Чучелкин.
При синтезе сложных веществ на химическом предприятии, к примеру на фармацевтической фабрике, в финале получается смесь из двух «зеркальных» видов молекул одного и того же вещества. В науке принят термин «зеркальная изомерия». Так вот разные варианты такого «отражения» молекулы влияют, например, на человеческий организм очень по-разному. Одно и то же вещество может быть и лекарством, и ядом – в зависимости от того, какие из зеркальных вариантов молекул на него воздействуют.

Новые идеи для отечественной фармацевтики

Самый яркий пример молекул-антиподов – устаревший и запрещенный теперь уже медицинский препарат, давший название целой эпохе, которую посвященные люди знают как «Талидомидовая трагедия». В 1950-х годах препарат талидомид был очень популярным снотворным и обезболивающим, которое часто назначали беременным женщинам. А потом на свет появлялись малыши с очень серьезными врожденными нарушениями. Долгое время никто не мог понять, что происходит, ведь в химической формуле вещества не было ничего опасного. И только спустя годы выяснилось, что всему виной молекулы-антиподы. Одна из них действительно безопасно расслабляла и успокаивала, а другая воздействовала на плод как сильное токсическое вещество, повреждающее ДНК. Отделить один вид молекул от других в таблетке было нельзя.
Вообще классическая органическая химия может получать с равной вероятностью оба вида молекул, которые смешиваются друг с другом и равномерно распределяются во всем массиве полученного вещества.
А что насчет неклассической органической химии? Вот ею-то и занимаются рязанские ученые. Они пытаются создать систему реакций, при которых можно было бы отделить один вид молекул от другого или даже синтезировать только ту их разновидность, которая нужна. В лаборатории создают катализаторы, позволяющие пустить реакцию в нужном направлении. Проблема в том, что для каждого сложного органического вещества нужен свой катализатор, а потому работы у химиков в принципе будет много всегда.
– Мы изучаем процессы, которые лежат в основе разделения зеркальных молекул-антиподов, то, как строение катализатора влияет на эффективность процесса. Мы не занимаемся практическим внедрением, а изучаем вопрос фундаментально. За практику отвечает прикладная наука. А наша деятельность финансируется специальными фондами и направлена на изучение химических законов как таковых, – говорит Илья Чучелкин.
В человеческом организме, как и вообще в живой природе, постоянно синтезируется множество очень сложных органических веществ, но все они работают как надо, потому что за тысячелетия эволюции выработалась система, которая позволяет создавать только один из двух видов молекул – тот, который необходим. В этом участвуют гормоны, ДНК и множество других факторов, часть которых еще не открыта. Такой подход к синтезу в науке называют гомохиральностью. И человечество при помощи своих пока что не слишком совершенных химических предприятий только начало подходить к такому же мастерству синтеза, который природа знала еще в эпоху проживания на планете только одноклеточных организмов. Но если у биосферы на создание этой технологии ушли миллионы лет, то человечество прогрессирует при помощи сознательного гораздо быстрее.
Рязанская лаборатория координационной химии в РГУ – одна из очень немногих действующих в стране. Но по своему статусу в научном мире находится на уровне таких исследовательских центров, как московский НИИ органической химии. Уровень исследований и их результаты, в случае если учёные нащупают прорывные возможности, будут значительными. Но конкуренцией всю эту деятельность назвать нельзя. Ученые фундаментальной науки работают скорее, наоборот, в больших коллаборациях, где бродят интересные идеи и рождаются новые направления, проводятся неожиданные эксперименты. На выходе – вполне возможно, что достаточно скоро – российская фармацевтическая промышленность, и не только она, сможет получить в свое распоряжение такие методы синтеза, которые приведут к новому взгляду на производство лекарств, полимеров, сложных соединений для специальных задач. Зеркальность молекул имеет большое значение даже для современной металлургии. Все результаты исследований рязанских ученых постоянно публикуются в журналах Российской академии наук.

Михаил Скрипников