Европейское научное объединение «Супрамолекулярные системы в химии и биологии»

Как мы уже сказали, 3 июня было подписано франко-российское соглашение о сотрудничестве. На сегодня это самый большой совместный научный проект.

С российской стороны в соглашении участвуют несколько институтов Российской академии наук, Российский фонд фундаментальных исследований, Казанский государственный университет, Радиевый институт имени В.Г. Хлопина. С французской стороны представительство не менее солидное: Национальный центр научных исследований, Университет Луи Пастера, Институт супрамолекулярной науки и инженерии, Университет Версаля, Университет Пьера и Марии Кюри и некоторые другие университеты и лаборатории.

Супрамолекулярной химией давно и серьезно занимаются и во Франции, и в России. Более того, отдельные контакты между французскими и российскими исследовательскими коллективами в этой области установлены уже давно. Есть совместные серьезные публикации в международных научных журналах, прошли два больших франко-российских симпозиума (в Новосибирске, 2001 год, и в Казани, 2003 год), а также в 2004 году состоялся микросимпозиум в Страсбурге. Более того, в июле 2004 года вышел специальный номер журнала «Известия РАН. Серия химическая», посвященный франко-российскому сотрудничеству в супрамолекулярной химии.

Цель нового проекта — укрепить уже существующие связи, создать новые, а также объединить разрозненные элементы в единую структуру. Кроме того, привлечь финансирование на эту область исследований. Круг вопросов, обозначенный в соглашении, довольно широкий. Это самосборка и самоорганизация в растворе и твердой фазе; молекулярное распознавание; супрамолекулярная фотохимия; супрамолекулярные архитектуры в биологии и моделирование супрамолекулярных систем. Очень существенная составляющая — образовательная, то есть обучение новой области подрастающего поколения.

В рамках нового соглашения каждые два года будут проводиться франко-российские симпозиумы по супрамолекулярной химии, наладится постоянный обмен сотрудниками.

Нам показалось интересным рассказать немного о том, над чем уже работают и будут работать некоторые участники нового проекта.

Вообще, супрамолекулярная химия — это междисциплинарная область, которая охватывает не только химию, но и физику, и биологию. Она изучает сложные химические объекты, постороенные из более простых блоков, которые удерживаются между собой нековалентными взаимодействиями. Научиться создавать необходимую конфигурацию супрамолекулярной системы — путь к созданию новых материалов. Фактически только сочетание нанотехнологий и супрамолекулярной химии, ответственной за самосборку, даст настоящий прорыв в новых технологиях.

Ж.-М. Лен был первым, кто ввел и развил основные положения супрамолекулярной химии (см. «Химия и жизнь» 2003 №3) и исследовал свойства супрамолекулярных ансамблей. Сейчас группа Ж.-М. Лена (Институт супрамолекулярной науки и инженерии, Страсбург) изучает органические, неорганические и «гибридные» супрамолекулярные системы. С ними тесно сотрудничает лаборатория молекул, биомолекул и супрамолекулярных систем (Бордо, доктор наук И. Хук), где занимаются дизайном больших искусственных полимеров (> 10 кДа), способных к образованию двойных спиралей. Эти структуры позволяют по-новому взглянуть на специфические межмолекулярные взаимодействия, хранение и дублирование информации.

«Молекулярной тектоникой» — наукой, с помощью которой получают материалы с особыми новыми свойствами (магнитными, оптическими, каталитическими и т. д.) занимаются в лаборатории молекулярной тектоники в твердом состоянии (возглавляет профессор М.В. Хоссейни, Страсбург). Цель исследования — гибридные супрамолекулярные системы, построенные из органических и неорганических фрагментов (каликсаренов, циклофанов, борокриптандов и некоторых других макроциклических соединений). Эти исследования дополняют работы группы профессора А. Цивадзе (Институт физической химии РАН, Москва), работающей над самособирающимися краунзамещенными соединениями, а также лаборатории профессора А. Коновалова и И. Антипина (Казанский университет), которые разрабатывают новые твердофазные супрамолекулярные системы на основе каликс[4]резорцинаренов.

Неорганической супрамолекулярной химией, включающей комплексы и модифицированные твердые вещества, занимаются лаборатории профессора Е. Сешереса (Университет Версаля) и профессора В. Федина (Институт неорганической химии, Новосибирск). В них изучают кластеры халькогенидов и полиоксометаллатов, синтезируют большие молекулярные комплексы и твердые вещества с особыми свойствами. Ученые уже начали совместный исследовательский проект.

Очень перспективны самособирающиеся системы, которые можно будет использовать в нанотехнологиях. В этой области заняты исследованиями две французские группы: группа доктора наук Д. Фишу (Университет Париж-6), изучающая самосборку на поверхности золота, графита и т. п., и лаборатория биоорганической химии доктора наук Ш. Миосковски (Страсбург), которая использует нанотрубки для получения новых соединений. Эти исследования пересекаются с самосборкой на поверхностях раздела фаз (лаборатория профессора М. Алфимова, Центр фотохимии, Москва).

Молекулярное распознавание, то есть выделение «хозяином» одного из всех «гостей», — одна из основных тем супрамолекулярной химии. Здесь существует громадное поле для исследований: синтез новых комплексообразующих агентов, способных избирательно связываться с ионами металлов, анионами и нейтральными молекулами, а также физико-химические исследования этих взаимодействий. Давно очевидны практические приложения этого направления — от разработки химических сенсоров до переработки отходов. В этой области лежат научные интересы сотрудников лаборатории электрохимии и физической химии комплексов и межфазных систем (доктор наук Ф. Арно-Но, Страсбург). Они занимаются связыванием катионов щелочных и щелочноземельных металлов, катионов лантанидов, тория и урана с помощью каликсаренов и родственных им кавитандов. Эти соединения настолько селективны, что их можно использовать даже в переработке ядерных отходов.

В супрамолекулярной фотохимии как французские, так и российские лаборатории сосредоточены на трех основных направления: фемтосекундные реакции, протекающие в условиях геометрических ограничений; реакции, управляемые светом; новые наноразмерные материалы, обладающие особыми фотохромными и электронными свойствами. Несколько российских и французских групп разрабатывают новые фоточувствительные материалы. Так, группа доктора наук Ш. Миосковски (Страсбург) начала работу над нанопроводниками, которые могут обратимо переключаться между двумя состояниями с высокой и низкой электропроводностью. Электронный переключатель будет реализован внутри углеродных нанотрубок. Похожими соединениями занимаются в Институте физической химии РАН. На выходе — светодиоды, гибкие дисплеи, тонкослойные транзисторы и фотопреломляющие устройства.

Очень интересное и современное направление — компьютерный дизайн новых соединений, обладающих требуемыми свойствами. Этим занимается профессор А. Варнек (Страсбург). В сотрудничестве с российскими учеными из Института физической химии уже создана программа, позволяющая предсказывать способность тех или иных лигандов экстрагировать металлы, а также некоторые способы теоретического проектирования новых молекул.

Большая часть новой совместной программы будет посвящена обучению студентов. Подготовка молодых исследователей важна для любого научного направления, но супрамолекулярная химия заинтересована в этом особенно сильно. Поскольку это относительно новая междисциплинарная область и развивается она очень динамично, то просто необходимо создать новый курс, включающий не только лекции, но и практикумы. Это должна быть совершенно отдельная дисциплина, соединяющая в себе все последние достижения смежных областей.

Супрамолекулярная химия уже включена в программу обучения студентов старших курсов Университета Страсбурга.

Кандидат химических наук
В. Благутина