Новости

21 сентября, 2016 14:20

Игорь Машковский: «Химия - как детский калейдоскоп каждый раз открывается с новой стороны»

Источник: Сайт ИОХ РАН
Источник: ИОХ РАН

Кандидат химических наук Игорь Машковский занимается исследованием гетерогенных биметаллических катализаторов и интерметаллических соединений в реакциях газофазного и жидкофазного селективного гидрирования и кросс-сочетания, а также изучением их структуры с привлечением современных физико-химических методов анализа. Ученые из лаборатории № 35 под руководством проф. А.Ю. Стахеева продолжительное время занимаются изучением биметаллических катализаторов.

— Одно из преимуществ гранта РНФ заключается в том, что он позволяет нашим аспирантам подготовить диссертационную работу на хорошем экспериментальном и теоретическом уровне, предоставляет возможность тесно взаимодействовать с коллегами из других лабораторий и исследовательских центров, обмениваться опытом. Грант РНФ - это совершенно другой уровень научных исследований,- признался Машковский.

Биметаллические катализаторы широко применяются в промышленности в силу своей высокой активности и термической стабильности. Одним из достоинств подобных систем является возможность варьирования каталитических свойств в широких пределах введением второго компонента. Селективное гидрирование ацетиленовых соединений относится к одной из ключевых промышленных и лабораторных реакций. Это обусловлено тем, что многие важные органические синтезы основаны на образовании новых углерод–углеродных связей с использованием ацетиленовой группы –С≡СН с последующим селективным гидрированием полученного дизамещенного алкина. Таким образом, на стадии селективного гидрирования образуются цис- и транс-алкены, широко применяющиеся в фармацевтической промышленности, производстве пищевых добавок, парфюмерии и т.д.
В гидрировании алкинов весьма эффективны палладиевые катализаторы, однако на них с высокой скоростью протекает полное гидрирование образующихся алкенов до алканов. В настоящее время в промышленности широко применяется катализатор гидрирования Линдлара – 5% Pd–PbO/CaCO. Однако, несмотря на более высокую селективность действия, он имеет ряд серьезных недостатков: присутствие в его составе значительного количества токсичного свинца и высокое содержание благородного металла.


— В гидрировании основной металл - это палладий. Палладий высокоактивен, но он дает недостаточную селективность в области высоких конверсий. И основная задача исследователей сводится к тому, чтобы увеличить селективность именно в области высоких конверсий,- пояснил Игорь.- Подготовить публикацию по катализу достаточно сложно. Теоретически ты рассчитываешь на определенный положительный эффект катализатора, а на практике может получиться, что катализатор в силу тех или иных причин не работает и все приходится начинать сначала.

Одним из эффективных методов повышения селективности действия палладиевых катализаторов является введение в их состав второго металла с образованием биметаллических частиц. Перспективный подход состоит в использовании гетероядерных биметаллических комплексов, в которых Pd и второй металл прочно связаны друг с другом. Подобная структура позволяет сохранять тесный контакт между металлами на всех стадиях приготовления и активации катализатора, что обеспечивает образование гомогенных биметаллических частиц.

— Для обеспечения высокой селективности нам нужно получить биметаллические частицы в структуре катализатора. При использовании традиционных методов приготовления для образования хорошего биметаллического сплава нужны высокие температуры активации. Наш подход заключается в использовании биметаллических ацетатных комплексов Pd со вторым металлом в качестве предшественника активного компонента. Эти комплексы с успехом синтезируются в ИОНХ РАН в лаборатории проф. М.Н. Варгафтика, нашего постоянного соавтора и одного из инициаторов и, если можно так выразиться, родителей данного исследования. Комплекс синтезирован таким образом, что два металла изначально связаны ацетатными мостиками и на всех стадиях предварительной подготовки и активации катализатора находятся в тесном контакте, что дает нам возможность получать биметаллический сплав в очень мягких условиях.


Катализаторы на основе биметаллических ацетатных комплексов помимо практического, представляют также и теоретический интерес, поскольку могут быть использованы не только в реакциях селективного гидрирования, но и в различных процессах основного и тонкого органического синтеза.

— Эта работа зародилась еще на стадии моей кандидатской диссертации. Мы тогда изучали процессы газофазного гидрирования ацетиленовых соединений на примере важной промышленной реакции гидрирования ацетилена в избытке этилена. Был разработан биметаллический катализатор, который с хорошей селективностью гидрировал ацетилен в газовой фазе, практически полностью удаляя его из смеси с этиленом. Нам стало интересно, сохранит ли катализатор свои свойства при проведении реакции в жидкой фазе. Так появился молодежный грант РФФИ, в рамках которого мы начали применять свои наработки для жидкофазных процессов. Тогда нам удалось нащупать первые ниточки, потянув за которые мы начали разматывать сложный клубок взаимодействий в системе «катализатор-реакционная среда-растворитель». В настоящее время эта работа вылилась в большой исследовательский проект для лаборатории в рамках РНФ. Уже сейчас мы разбираемся в механизме процесса и пытаемся управлять активностью и селективностью на атомарном уровне, ускоряя или замедляя реакцию. В настоящее время мы подготовили к публикации серию статей, посвященных Pd-In катализаторам в жидкофазном гидрировании различных замещенных алкинов.

Игорь окончил МИТХТ им. М.В. Ломоносова, и далее аспирантуру в ИОХ РАН. Как признается молодой ученый, готовился стать переводчиком, а в итоге жизнь связал с химией:

— На самом деле, химия выбрала меня сама. Я не успевал по срокам подать оригиналы документов в иняз и в результате, чтобы не терять год, вместе с одноклассниками поступил в МИТХТ. Серьезных планов, касающихся науки тогда не было, но постепенно, открывая для себя все новые и новые грани, влюбился в химию.

Молодой исследователь считает, что химия – это искусство. Чтобы приготовить хороший катализатор, прежде всего, нужно вдохновение. Ведь без него даже подробная методика синтеза не всегда помогает.

— Химия — наука о непознанном, область магии и чудес. Она как детский калейдоскоп всякий раз открывается с новой стороны.

Как признался И. Машковский, даже у химиков иногда бывает спад сил. Если что-то не получается, то нужно на время оставить все дела, передохнуть, успокоиться, включить диск Моцарта или Чайковского и все сразу встанет на свои места.

— Какими качествами должен обладать ученый? И какой совет Вы бы дали начинающим ученым?

— Стрессоустойчивость, вдохновение, желание довести работу до конца. Человеку должно быть интересно то, чем он занимается. Глаза должны гореть, чтобы было желание творить. и идти к намеченной цели.

В дальнейших планах у молодого исследователя продолжить заниматься наукой.

— В рамках гранта РНФ мы надеемся подготовить публикации, которые будут полезны для мирового научного сообщества. Я уверен, что по уровню экспериментального оснащения и полученных результатов, мы уже сейчас легко конкурируем не только с ведущими отечественными, но и с мировыми научными исследовательскими центрами и можем предложить свои результаты высокорейтинговым научным журналам. Все в наших руках!

29 февраля, 2024
Лишайники будут выделять больше парниковых газов при изменении климата
Красноярские ученые впервые обнаружили, что лишайники, растущие на живых деревьях, при повышении в...
29 февраля, 2024
Как смочить полимер: перспективы пучково-плазменных технологий
Исследователи из МФТИ, ОИВТ РАН и ИБХФ им. Н. М. Эмануэля РАН при учас...