– Химия – наука многообразная. Это физическая химия, органическая и неорганическая химия, биохимия, квантовая химия, компьютерная химия. Какой химии только ни придумали. Ну и среди всего этого многообразия есть химия структурная. Вот именно структурной химией я и занимаюсь. Основная моя цель – это изучение структуры или, если угодно, строения молекул: как эти молекулы выглядят в пространстве, из каких фрагментов они состоят, как эти фрагменты друг относительно друга располагаются. Строение молекул полностью определяет все свойства вещества, которые мы с вами наблюдаем. Например, можно судить о прочностных характеристиках материалов, если мы говорим о твердой фазе. Химическую активность тоже можно определить, зная молекулярную структуру. По электронному строению можно узнать, как электронная плотность распределена в молекуле: где-то есть активные центры, где-то не очень активные. Поэтому все, что мы с вами видим, – цвет, вкус, запах, электрофизические и механические свойства – все это определяется именно строением молекул, из которых состоит вещество.

– Человека, который занимается фундаментальной наукой, такой вопрос, конечно, всегда застает врасплох. Если коротко – нам просто интересно!

В случае со строением молекул 150 лет ждать не придется, конечно. Правда, уточню, что говорить я буду не про кристаллы и жидкости, а про молекулы в газовой фазе, которыми занимаюсь сам. Газовая фаза – это свободные молекулы. В этом случае молекула свободна от влияния соседей, она однозначно характеризует конкретное вещество. И если мы изучим ее геометрическое и электронное строение, то сможем спрогнозировать, каким будет вещество на основе этой молекулы: какими характеристиками оно будет обладать, а какими нет. Таким же образом мы можем прогнозировать, как молекула себя поведет, если ее поместить в раствор. А растворы – это в первую очередь про медицину и лекарства. Да и вообще вся жизнь, вся химия – это растворы.
В общем, знание структуры помогает нам объяснить свойства уже существующих веществ и сделать прогноз для новых соединений. А это самое главное, как мне кажется.

– Наверное, мне придется вас немного разочаровать. Когда мы встречаем человека, который занимается наукой, то думаем, что сейчас он расскажет про телепортацию, про путешествия сквозь звезды, про что-то такое прорывное. А на самом деле наука – это много-много ступенчатых и порой рутинных действий для получения мало-мальски значимого результата. Как в спортзале: ты долго-долго качаешь мышцы, чтобы в конце увидеть результат своей работы. Так же и с наукой. Можно всю жизнь посвятить проведению исследований, чтобы в конце получить что-то грандиозное, а может, и не получить… Как-то мой австрийский коллега сказал, что если ты знаешь, что должен получить в конце, то это скорее похоже на лабораторную работу студента, нежели на научное исследование. Исследователю должно быть интересно, он должен искать ответ и, возможно, даже потерпеть фиаско, чтобы начать копать в другую сторону, но не сдаваться. Возвращаясь к структурной химии: каких-то невероятных прорывов в этой области не случалось. Мы не открываем антиматерию – это больше по части теоретической физики. Структурная химия более приземленная. Для меня, например, как для специалиста, в последнее время самым интересным было экспериментальное изучение структур больших молекул. Различные полимерные цепочки, аминокислоты, макрогетероциклические соединения, которые сейчас активно исследуются в ИГХТУ, в том числе и в нашей лаборатории – все это сейчас очень актуально. Кстати, воспользуюсь возможностью похвастаться нашими достижениями. До недавнего времени лаборатория газовой электронографии в ИГХТУ держала рекорд, насколько я знаю, мировой по изучению самой большой молекулы методом газовой электронографии. Мой замечательный коллега, доктор химических наук Юрий Александрович Жабанов экспериментально исследовал окта(трифторметилфенил)порфиразин магния (MgC72H32N8F24). Это макрогетероцикл, состоящий из 137 атомов! Очень красивая симметричная молекула с периферийными заместителями и ионом магния в центре.

– Совершенно верно. Хлорофилл – это тоже макрогетероцикл, только поменьше. Так вот, исследование молекулы в 137 атомов меня, прямо скажем, сильно впечатлило. А совсем недавно наши немецкие коллеги во главе с доктором Юрием Вишневским (да-да, он из России) изучили еще большую молекулу методом газовой электронографии. Честно говоря, я, наверное, даже не выговорю ее название, лучше приведу здесь брутто-формулу этого соединения – Si6C90H138. Центр этой молекулы – остов из 6 атомов кремния, которые окружены шестью 2,4,6-iPr3C6H2 группами. В общей сложности это 234 атома, при этом молекула несимметрична, что еще сильнее осложняет структурную задачу. Так что теперь рекорд за ними, по всей видимости. А то ли еще будет. Теперь, как говорится, мяч на нашей стороне поля...

– Электрон – это элементарная отрицательно заряженная частица. А графо – с греческого языка это пишу, рисую. То есть дословно электронография означает «пишу, рисую электронами». Как это происходит? Сначала многоуважаемые синтетчики готовят какое-то вещество. Они предполагают, что это вещество должно быть определенным по составу, с заданными функциональными группами в определенных положениях. Существует много разных методов, которые могут подтвердить брутто состав полученного соединения: элементный анализ, спектроскопия ЯМР, методы масс-спектрометрии и хроматографии, а вот непосредственно со строением молекулы сложнее – здесь-то на помощь и приходит газовая электронография. Мы берем вещество и помещаем его в испаритель. Это футуристического вида устройство (будто из «Звездных войн»), в котором с помощью электронагрева вещество можно нагревать до заданной температуры. Испаритель загружается в электронограф – по сути, электронный микроскоп, переделанный под исследование газовой фазы. Основным элементом электронографа является колонна, внутри которой системой насосов создается высокий вакуум. Вещество в испарителе нагревается и переходит в газовую фазу. Этот процесс называется сублимацией: вещество из твердой фазы переходит сразу в газообразную, минуя жидкое состояние. Итак, вещество разогревается, молекулы высвобождаются, попадают в вакуум и летят, образуя молекулярный пучок, в колонну электронографа. В это время внезапно по ним ударяют быстрые электроны. Электроны эти ускоряются высоким напряжением – до 100 киловольт! Здесь уместно вспомнить Луи де Бройля: если частицу разогнать до высоких скоростей, она приобретает волновые свойства. И вот эти волны-электроны дифрагируют, то есть огибают препятствия-молекулы, меняя свою первоначальную траекторию. Рассеянные электроны попадают на фотопластинку, где записывается дифракционная картина – совокупность концентрических колец, которая очень похожа на кольца Ньютона. Получается своего рода «фотография» молекулы, при этом для каждой молекулы дифракционная картина, как отпечатки пальцев для человека – абсолютно индивидуальна. Не бывает у двух разных молекул двух одинаковых дифракционных картин. После записи дифракционных картин, фотопластинки извлекают из электронографа, фотометрируют или сканируют – так мы оцифровываем записанный сигнал. Потом с помощью численных методов мы уточняем модель молекулы, которая наилучшим образом соответствует записанной в эксперименте дифракционной картине.

– Мне всегда нравились физика и математика. Еще мне нравилось что-нибудь сверлить, паять и ломать. А вот химию я терпеть не мог. Учил ее в школе просто потому, что надо. Органическую химию, например, и сейчас недолюбливаю, честно говоря, (да простят меня коллеги-органики). После школы я поступил в Ивановский химико-технологический университет на специальность «Электроника и микроэлектроника», а это как раз физика и математика. Но так сложилась судьба, что лекции по физике нам читал профессор Георгий Васильевич Гиричев, один из лучших специалистов области газовой электронографии. Своими речами он вдохновил и меня, и моего одногрупника Юрия Жабанова прикоснуться к миру структурной химии. И мы буквально влюбились в эту науку. Вот так на кафедре физики появилось еще два химика-структурщика.

– Сейчас очень много, конечно, занимает преподавательская и административная работа. И науке, к сожалению, не всегда удается уделить столько времени, сколько хотелось бы. Но все-таки мозг нужно как-то разгружать. Поэтому стараюсь хотя бы по 15 минут в день играть на гитаре. А буквально год назад моя жена подарила мне абонемент в фитнес-клуб, и я отправился приводить себя в форму. Я и раньше занимался штангой, но достаточно бессистемно, а в спортзале познакомился с тренером, сейчас занимаюсь под его руководством силовым троеборьем (или пауэрлифтингом). Поэтому спорт сейчас, наверное, мое основное хобби. Ну и музыка, конечно.

– Ой, я «Короля и Шута» играю. Я очень эту группу любил… Жена у меня любит Цоя, поэтому «Кино» играю иногда. «Арию» тоже.

– Да, русский рок, ДДТ, например, замечательно идет. Все, что в общаге когда-то играли и пели, сейчас пытаюсь вспоминать.

– Есть ряд молекул, исследование которых мне очень хочется завершить. Это пентагалогениды переходных металлов. Там очень крутые структурные эффекты. Например, молекула должна быть одной симметрии по всем показателям, а она проявляет себя в другой симметрии, более низкой.

– Все дело кроется в распределении электронов, это они «чудят». Электроны, будто птицы на проводах, находятся в молекуле на разных энергетических уровнях, причем по принципу Паули, их на каждом уровне максимум по двое. Но есть молекулы, у которых один электрон остается без пары, а уровней, где ему разрешено находиться, – несколько. Говорят, что такие молекулы находятся в вырожденных электронных состояниях. В этих вырожденных состояниях молекулы ведут себя очень необычным образом, проявляется эффект Яна-Теллера – молекула должна быть по всем признакам высокой симметрии, а она симметрию свою понижает, чтобы избавиться от вырождения. Захватывающая история получается!

– Моя задача – изучить этот эффект, количественно описать его. Изучить нужно много таких молекул, целый ряд соединений с разными металлами и разным лигандным окружением, чтобы выявить закономерности в структурных изменениях, и уже после этого можно будет перейти к предсказаниям. Что будет с другими подобными молекулами? Будут они такие эффекты проявлять или не будут? Вот, наверное, мой основной план на будущее.

– Ни туда, ни сюда. Я остался бы в настоящем.

– «Спасибо вам за уравнения электромагнитного поля», – я бы ему сказал. Без этой работы Максвелла сегодня ни о какой мобильной связи мы бы и не ведали!