Для команды ученых НИИ Нанотехнологии и новые материалы ЮРГПУ(НПИ) под руководством главного научного сотрудника, доктора химических наук, профессора кафедры «Химические технологии» В.М. Чернышева, работающей совместно с академиком В.П. Ананиковым, нынешний год выдался напряженным и результативным. За первые три месяца у Виктора Михайловича (в соавторстве с коллегами) вышли целых три научных статьи в высокорейтинговых журналах, относящихся к Q1.
Публикация «Different effects of metal-NHC bond cleavage on the Pd/NHC and Ni/NHC catalyzed α-arylation of ketones with aryl halides» увидела свет в журнале «Inorganic Chemistry Frontiers», обзорную статью «Formation and stabilization of nanosized Pd particles in catalytic systems: Ionic nitrogen compounds as catalytic promoters and stabilizers of nanoparticles» опубликовал журнал «Coordination Chemistry Reviews», материал на тему «Ni/NHC catalysis in C–H functionalization using air-tolerant nickelocene and sodium formate for in situ catalyst generation» появился в издании «Organic Chemistry Frontiers».
Все три статьи опубликованы в прошедшем марте. Все они (как и несколько предыдущих, увидевших свет в 2019 – 2020 годах) – это результат серьезной работы, проделанной Виктором Михайловичем Чернышевым в области исследования свойств никелевых катализаторов как замены палладиевых.
- Палладий – очень востребованный в органической химии металл, основа множества катализаторов. Многие процессы еще некоторое время назад просто невозможно было представить без этого металла, его использование в химической промышленности, а также в разных видах производства было обязательным условием. Одно из ведущих направлений сегодня – это так называемая «зеленая химия» - экологически безопасная технология, позволяющая получать различные вещества без выбросов в атмосферу и вредных отходов. Проблема подхода в том, что палладий – это очень дорогой металл. Он дороже золота, - рассказал В.М. Чернышев. – Поэтому для удешевления процессов промышленно важно заменить палладий другими, более дешевыми металлами. Над проблемой поиска устойчивого катализатора, который сможет стать полноценной заменой палладия, химики всего мира бьются уже не один год. А нашему коллективу удалось вплотную приблизиться к ее решению!
Выбор химиков пал на никель. Он почти в 5000 раз дешевле палладия, поэтому уже давно рассматривается как заменитель этого дорогого металла. Но до недавнего времени у никеля был ряд непреодолимых ограничений: при высокой каталитической активности, никелевые соединения не работали достаточно стабильно, чтобы их можно было повсеместно использовать, как катализаторы.
- Чтобы они заработали в нужном нам качестве, нужно использовать специальные формы никеля, а также применять специальные методики его обработки и использования в каталитических системах, - пояснил Виктор Михайлович. – Успешно работали только специфические нестабильные и дорогие соединения никеля, то есть изначальная цель не достигалась.
Команда ученых ЮРГПУ(НПИ) работает совместно зав. Лабораторией Института Органической химии им. Н. Д. Зелинского Российской академии наук, академиком РАН, доктором химических наук Валентином Павловичем Ананиковым.
- Наша работа в этом направлении, а главное – наши достижения, не могли бы состояться без поддержки, которую мы получили на этом сложном пути, - отметил В.М. Чернышев. – В том, что мы начали углубленные исследования, как говорится, «взялись за эту тему» - большая заслуга Валентина Павловича Анаников и команды ИОХ РАН. Конечно же, нельзя не отметить финансовую поддержку Минобра. И огромная благодарность от всего нашего коллектива – руководству нашего вуза. Если бы не то внимание, которое уделяется сейчас развитию материально-технической и лабораторной базы, наше исследование не состоялось бы.
Очень важным для своей работы приобретением университета химики считают ЯМР-спектрометр. Некоторые исследования стало возможным провести только потому, что в вузе появилось это современное оборудование.
- Конечно, в решении многих технических вопросов нам очень помогают доступ к оборудованию ИОХ РАН. Но для достижения прорывных результатов нужно проводить длительные системные эксперименты, которые зачастую просто невозможно организовать в удаленном режиме и в ходе поездок в командировки. Получив ЯМР-спектрометр в свое полное распоряжение, мы смогли изучать механизмы реакции, постоянно следить за нестабильными, короткоживущими частицами. Это кропотливый, длительный процесс, требующий постоянного присутствия исследователя и соответствующего оборудования, прежде всего, ЯМР.
Все статьи, опубликованные в этом году, – это коллективная работа, в которой принимали участие молодые исследователи из ЮРГПУ(НПИ) Дмитрий Пасюков, Константин Шепеленко, Олег Хазипов.
- Над проблемой устойчивых и дешевых никелевых катализаторов работают ученые всего мира, она очень активно обсуждается, но пока оставалась нерешенной, даже при условии бешеных темпов развития никелевого катализа, - рассказал Виктор Чернышев. - Мы сделали значимый шаг на пути ее решения! До этого были попытки создать никелевые катализаторы, но они были не устойчивы и неприменимы для промышленного использования. Мы делаем дешевый и действительно подходящий для промышленных условий катализатор: развиваем подход, когда можно брать доступные и стабильные промышленные соединения никеля, и получать катализаторы непосредственно в колбе или в реакторе – активируя (переводя в каталитически-активную форму) их с помощью безопасных и экологически чистых активаторов, например, соединений муравьиной кислоты. В серии опубликованных работ мы рассказываем, что в сравнении с палладием, соединения никеля в некоторых реакциях дают существенно более высокую активность и при этом эти соединения существенно дешевле. Это - химия будущего, химия 21 века. Это открывает возможности для более дешевого и экологичного получения разных органических веществ – лекарств, красителей, полимеров, топлив, разнообразнейших материалов. Это методика, которая значительно упростит и удешевит многие технологии.
Принимая поздравления с однозначным успехом, команда НИИ Нанотехнологии и новые материалы не планирует сбавлять темпы работ. У химиков ЮРГПУ(НПИ) есть внушительный план исследований на ближайшее время, ведется работа над рядом публикаций. Выбранная для работы тематика – широка и в настоящее время почти неисчерпаема.
А это значит, что у наших химиков и у никелевого катализа – большое, интересное будущее!