В начале июня в Тульском государственном университете в рамках инициативы «Открытие центров, лабораторий, запуск исследовательской инфраструктуры» Десятилетия науки и технологий открылась молодежная лаборатория химической конверсии возобновляемой биомассы и органического синтеза. InScience.News пообщался с руководителем лаборатории Богданом Карлинским и узнал об основных направлениях работы ученых и перспективах их исследований.
— Расскажите о научной базе, на основе которой создавалась лаборатория. Какой у ТулГУ опыт химических исследований?
— Тульский государственный университет сам по себе не является естественнонаучным. Исторически он всегда был технологическим, даже с некоторой военной и оборонной направленностью. Сам я не принадлежу к научной школе ТулГУ, изначально я работал в Институте органической химии имени Н. Д. Зелинского РАН. Сейчас уже в ТулГУ я продолжаю исследования по той теме, которая лежала в основе моей кандидатской диссертации. Для Тульской области и ТулГУ этот проект совершенно новый, раньше в университете соответствующей научной базы не было. В Институте органической химии имени Зелинского РАН она была, и мы попытались на Тульской земле привить школу, которая у нас существовала и существует под руководством академика Валентина Павловича Ананикова.
— Почему появилась идея переехать из Москвы в Тулу и здесь создавать научную лабораторию?
— В рамках программы, курируемой Министерством науки и высшего образования, с 2018 года по всей России создаются молодежные лаборатории. В Тульской области на данный момент уже открыто несколько таких лабораторий. Мне в свое время рассказали об этом проекте, предложили поучаствовать в нем и возглавить новую исследовательскую группу. От таких предложений не отказываются, поэтому чуть более года назад я начал работать в этом направлении. Наша заявка успешно прошла экспертизу, получила положительное заключение, и уже в августе 2022 года лаборатория была создана, хотя на тот момент только на бумаге. Далее последовал продолжительный период обустройства и оснащения, по завершении которого 9 июня 2023 года состоялось торжественное открытие.
— В каких направлениях работают сотрудники лаборатории?
— Основное направление наших исследований связано с конверсией биомассы. Идея заключается в том, чтобы из возобновляемого растительного сырья — целлюлозы — получить соединения, которые могут стать альтернативой ископаемому топливу — нефти, газу и углю. То есть мы берем целлюлозу, расщепляем ее до простых сахаров, например до фруктозы. Далее из этих соединений можно получить еще более простые молекулы — фураны. Они представляют собой пятичленные гетероциклы, используя которые подобно элементам конструктора, можно научиться получать разнообразные интересные соединения. Это могут быть фармацевтические препараты, полимерные материалы, которые послужат заменой пластикам, получаемым из нефтепродуктов. Возможно, такой подход позволит производить материалы даже с улучшенными качествами: повышенной биологической активностью, большей прочностью, какими-то новыми свойствами. То есть мы пытаемся поставить производство на возобновляемые, более экологичные рельсы.
— Получение каких соединений для вас находится в приоритете и почему?
— Для нас все направления одинаково приоритетны, но, мне кажется, синтез полимеров имеет больший потенциал с точки зрения практического применения. В Тульской области это направление сейчас активно развивается. Например, существует проект «Композитная долина». Также есть различные проекты по использованию и разработке новых полимеров и композиционных материалов. Пожалуй, поэтому полимерная тематика представляет для нас больший интерес, чем разработка биологически активных соединений. Кроме того, биологически активные соединения предполагают чрезвычайно длительные и сложные испытания активности и токсичности сначала на клетках, потом на животных и на людях. Этот процесс требует больших финансовых вложений, колоссального сосредоточения усилий разных людей, включая медиков и биологов. Сейчас для нас это скорее альтернативное направление.
— Расскажите о техническом оснащении лаборатории. Какое оборудование уже есть, а какое вы планируете ввести в эксплуатацию в будущем?
— У нас есть все необходимое для работы современной синтетической лаборатории: вытяжные шкафы, весы для взвешивания различных навесок, сушильные шкафы, дистилляторы, ротационные испарители, с помощью которых из растворов веществ можно удалять растворители и в результате получать интересующие чистые соединения. В общем, у нас есть все, что вы можете увидеть в современной лаборатории в Европе, Японии или Китае. Для Тульской области это очень высокий уровень оснащения.
— Есть ли у вас партнеры в промышленном секторе, готовые внедрять разработки и новые технологии?
— Заключенных договоров у нас пока нет, но есть интерес к сотрудничеству с нами со стороны Тульской фармацевтической фабрики. Это как раз то направление, которое сами мы считаем альтернативным. Теоретически мы можем заниматься синтезом чего угодно. Любой сторонний заказчик, производитель медикаментов, красок, полимеров — чего угодно — может с нами связаться, предложить свои схемы синтеза, исходные соединения, и мы сможем на базе нашей лаборатории выполнить заказ для любого заинтересованного лица в регионе.
— А в отношении партнерства с научными организациями: есть ли у вас совместные проекты с другими лабораториями и институтами?
— Наша лаборатория входит в состав БиоХимТехЦентра ТулГУ, к которому относится еще несколько других лабораторий. Мы с ними, конечно, обмениваемся знаниями, тематиками, проектами. Из внешних партнеров в первую очередь нужно отметить Институт органической химии имени Зелинского РАН в Москве. Хотя у нас хорошая лабораторная база, мы обращаемся к коллегам за помощью при проведении некоторых физико-химических методов анализа. В целом, являясь частью научной школы Валентина Павловича Ананикова, мы сотрудничаем с лабораториями в Туле, Москве, Санкт-Петербурге и Новочеркасске.
— Расскажите поподробнее о каком-нибудь проекте, который у вас сейчас реализуется.
— Один из наших проектов посвящен С-Н активации. Связь С-Н между углеродом и водородом довольно прочная, и разорвать ее не так просто. Примерно 50 лет назад химики стали заниматься проблемой С-Н активации. Классически эту связь «активируют», например, заменяя водород на хлор. Для этих целей также можно использовать йод или бром. Получаемую при этом связь уже можно легко заменить на любые другие. Мы же пытаемся модифицировать С-Н связь напрямую, без предварительного хлорирования или бромирования. Для этого используются различные направляющие группы, которые нацеливают катализатор на нужную связь в молекуле. В рамках проекта по С-Н активации мы синтезируем соединения, в которых направляющая группа одновременно служит еще и тем фрагментом, который сам по себе может быть функционализирован. Благодаря этому из таких молекул можно, как из конструктора, «собирать» самые разные более сложные соединения. Далее можно будет составлять каталоги всех возможных молекул, исследовать их активность и искать интересные свойства.
— Есть ли какие-нибудь разработки в сфере конверсии биомассы, которые уже в ближайшем будущем могут быть практически использованы?
— Наша лаборатория пока ведет скорее фундаментальные исследования, а от фундаментального уровня до практического внедрения могут пройти десятки лет. Но в мировой практике есть хорошие примеры. В Нидерландах, например, уже в промышленных масштабах производятся аналоги полимера ПЭТ, из которого делаются пластиковые бутылки. Местные специалисты за основу берут фуранкарбоновую кислоту и в результате получают полностью возобновляемый и биоразлагаемый полимер, который ни в чем не уступает и в некотором смысле даже превосходит пластик, производимый из нефти. Поэтому данное направление, безусловно, перспективно и активно развивается.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
