Зеленые химики

Как сказать «нет» токсичным веществам в химической технологии

РАЗВИТИЕ ХИМИИ — ЭТО, БЕЗУСЛОВНО, И БЛАГО ДЛЯ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА, И ИСТОЧНИК ВСЕВОЗМОЖНЫХ ФОБИЙ. ОГУРЧИКИ, СРЕДСТВО ДЛЯ МЫТЬЯ ПОСУДЫ, ШАМПУНЬ С ЯРЛЫЧКОМ «БЕЗ ХИМИИ» КАЖУТСЯ НАМ БОЛЕЕ ПРИВЛЕКАТЕЛЬНЫМИ, ДА И ЖИТЬ ХОЧЕТСЯ ПОДАЛЬШЕ ОТ ХИМКОМБИНАТА. НО НЕ ОТЧАИВАЕМСЯ — УЧЕНЫЕ РАБОТАЮТ НАД ТЕМ, ЧТОБЫ СНИЗИТЬ НЕГАТИВНОЕ ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ. В НАУКЕ ДАЖЕ ОФОРМИЛОСЬ НАПРАВЛЕНИЕ ЗЕЛЕНОЙ ХИМИИ. УЧЕНЫЕ ТОМСКОГО ПОЛИТЕХА МНОГО ЛЕТ РАБОТАЮТ В ЭТОЙ ОБЛАСТИ И УВЕРЕННО НАХОДЯТСЯ В АВАНГАРДЕ РОССИЙСКОЙ ЗЕЛЕНОЙ ХИМИИ. В МАЕ НА БАЗЕ ВУЗА БЫЛ СОЗДАН МЕЖДУНАРОДНЫЙ СЕТЕВОЙ ЦЕНТР «ХИМИЯ БУДУЩЕГО». ОН ОБЪЕДИНИЛ СПЕЦИАЛИСТОВ ИЗ РОССИИ, США, ВЕЛИКОБРИТАНИИ, БЕЛЬГИИ И ФРАНЦИИ. ПОЛИТЕХНИКИ И ИХ ЗАРУБЕЖНЫЕ КОЛЛЕГИ РАССКАЗАЛИ РЕДАКЦИИ О СОВМЕСТНЫХ ПРОЕКТАХ В ОБЛАСТИ ЗЕЛЕНОЙ ХИМИИ.

— Зеленая химия — это фундаментальные исследования, которые ложатся в основу технологий, направленных на то, чтобы снизить негативное влияние химической промышленности на окружающую среду. Томский политех является лидером в России в этой научной области. Дело в том, что во многих университетах ведутся фрагментарные исследования, здесь же работы проводятся методично и последовательно, что дает прогрессивные результаты, — говорит заведующий кафедрой технологии органических веществ и полимерных материалов ТПУ Мехман Юсубов. — Мы уже много лет плодотворно работаем с ведущими учеными в этой области из разных стран, но наши коллеги зачастую были не знакомы друг с другом. Созданный центр объединил наши научные коллективы, и вместе мы можем продвинуться гораздо дальше в своих исследованиях.

Само научное направление зеленой химии возникло в 90-е годы 20 века и довольно быстро нашло сторонников в химическом сообществе. Акцент делается на предотвращении образования загрязнений на самых начальных стадиях планирования и осуществления химических процессов. Это принципиально новый подход к химии и химической технологии, направленный на сокращение или полный отказ от использования опасных и токсичных химических веществ.

Алхимия йода и зарождение интеллекта

В своих исследованиях политехники и их коллеги делают ставку на йод. Среди всех существующих в природе элементов йод является, пожалуй, одним из самых загадочных и противоречивых.

— Йод сочетает свойства металлов и неметаллов. Это позволяет ему проявлять уникальные свойства, в частности он прекрасно может заменять в химических реакциях тяжелые металлы. Это особенно важно в фармацевтической промышленности, где тяжелые металлы используются в синтезе препаратов, обладающих противораковой активностью. А ведь любой тяжелый металл — это, по сути, яд, накапливающийся в организме, — поясняет Мехман Юсубов.

Разработку технологий по замещению токсичных тяжелых металлов в органическом синтезе, в фармацевтической промышленности политехники ведут вместе с учеными из Университета Миннесоты Дулута (США) под руководством профессора Виктора Жданкина.

— Тяжелые металлы используются в фармпроизводстве в качестве катализаторов в важных реакциях, и наша цель — заместить их на абсолютно нетоксичный йод. Нам уже удалось доказать, что некоторые реакции прекрасно проходят с йодом. Также мы используем его для создания новых химических реакций. В этом отношении йод является очень перспективным и многообещающим элементом, — считает профессор Виктор Жданкин.

Так, на основе результатов совместной работы томские ученые синтезировали и запатентовали новые хелатные комплексы, используя в качестве доступного и эффективного реагента йод. Эти комплексы вошли в структуру радиофармпрепарата для диагностики онкологических заболеваний. Сейчас препарат готовят к стадии доклинических испытаний. Йод также помог ученым создать «зеленый» реагент для синтеза широчайшего спектра химических соединений. Эти работы томские исследователи ведут вместе с коллективом из Университета Кардиффа (Великобритания) во главе с профессором Томасом Виртом. Для синтеза этого реагента используется только йод. Аналоги реагента получают из целого набора веществ в результате многостадийных реакций.

Еще один интересный проект политехников и их научных соратников в области химии йода посвящен ни больше ни меньше изучению роли этого химического элемента в зарождении интеллекта на Земле. Работа над проектом ведется при поддержке Российского научного фонда. Ученые ищут ответ на важный для научного мира вопрос: что запускает работу тироксина — гормона интеллекта? Политехники сделали предположение, что ключевую роль здесь играет йод, входящий в структуру гормона, а не только селен, как считалось ранее. Ряд успешных экспериментов позволяют говорить, что томские ученые двигаются в верном направлении

Отходы — в дело, углекислый газ — в топливо

Полученные наработки ученые используют для создания новых материалов и веществ с заданными свойствами. Так, в сотрудничестве с коллективом во главе с Френсисом Верпоортом, профессором Университета Гента (Бельгия) и Уханьского технологического университета (Китай), ученые ТПУ создали полимер, который сохраняет свою прочность даже при крайне низких температурах, например в экстремальных условиях Арктики. Основной компонент материала — это мономер на основе дициклопентадиена, который, в свою очередь, получают из отходов нефтехимической промышленности.

— Еще одно перспективное направление нашего сотрудничества — создание новых каркасных катализаторов. Они позволяют нам переводить диоксид углерода — углекислый газ — в различные виды топлива — метан, метанол и другие, — отмечает профессор Френсис Верпоорт.

В рамках центра «Химия будущего» томские ученые сотрудничают и с французскими коллегами. Так, профессор из Университета Нанта (Франция) Франсуа-Ксавьер Фелпин вместе со специалистами из ТПУ ведет работы по нескольким направлениям: разработка новых реагентов, новых условий прохождения реакций, оптимизация химических процессов с использованием искусственного интеллекта.

— Наша задача — создать такие алгоритмы, которые будут оптимизировать прохождение реакций и их проведение. Это позволит сэкономить деньги, время и снизить токсичность. Следующая ступень — создание устройства, которое позволит проводить такие реакции без участия человека, — говорит французский химик. — Отмечу, что это универсальные технологии, которые могут быть использованы для широчайшего спектра химических реакций.

Ресурсосбережение и энергосбережение в контексте химических процессов — важное направление в зеленой химии. В этой области томские ученые работают, в частности, с коллективом из Южного методистского университета (США).

— С коллективом профессора Юсубова мы работаем над новой каталитической системой, которая позволит сократить количество сопутствующей продукции в химических реакциях, тем самым сделав технологии более экономичными и экологически более чистыми, — говорит профессор Акира Йошимура из Южного методистского университета.

Александра Лисовая