В Спектральной лаборатории имени В.Г. Харченко Института химии (Кабинет № 30) проводится комплекс исследований состава и структуры веществ. Сотрудники многих кафедр и лабораторий обращаются к коллегам в лабораторию, чтобы провести спектральное исследование молекул и сделать расшифровку полученных данных. В проводимых экспериментах учёные отвечают на вопрос: какое строение имеет молекула? Органические вещества сложны по строению, некоторые их свойства проявляются только в растворе, а их тонкие отличия можно увидеть с помощью специальных приборов, которые сами расскажут о себе:
Спектрометр ядерного магнитного резонанса (ЯМР)
«Я единственный подобный прибор в Саратовской области, ядро лаборатории, поскольку основные эксперименты не обходятся без меня. Ко мне обращаются коллеги моих учёных: полимерщики, аналитики, неорганики, органики и много кто ещё.
Для Института меня купили в 2007 году в рамках программы Национального исследовательского университета, и стоил я дорого – около 15 миллионов рублей. Я очень большой, тяжёлый и привередливый, поэтому меня всё время обновляют. В мою родную лабораторию на втором этаже меня поднимали строго вертикально на кране. Корпус исторический, поэтому очень переживали, не окажусь ли я чересчур тяжёлым? Выдержит ли пол? Но все опасения, к счастью, не подтвердились – я уверенно стою на своих трёх ногах!
Снова обо мне. Я работаю по принципу магниторезонансной томографии (то же магнитное поле, те же радиоволны), только не с людьми, а с растворами, например фармацевтическими субстанциями. Хотя коллеги наших учёных даже крысу в моём брате изучали, живую, правда спящую! Мой большой корпус – мощный магнит.
Для каждого раствора настраивается своё магнитное поле, поэтому сеансы длятся разное время. Эксперимент на протонах длится всего 30 секунд, двумерный спектр требует от 5 до 30 минут и суммирует 5–10 повторов спектра. Растворы удобнее для анализа, поскольку не нужно получать кристалл. Достаточно перевести любое твёрдое вещество в раствор с помощью специального растворителя с ядрами дейтерия. Он нужен, чтобы не было посторонних сигналов.
В самом "сердце" находится платформа для ампул с растворами. Одномоментно во мне находится только одна ампула, длиною около 15 сантиметров, образец – не более 10–20 миллиграммов исследуемого вещества в 400–500 микролитрах растворителя. Ампулы помещаются строго вертикально, поэтому я стою на пневматической подушке – чтобы проезжающий по улице транспорт и человеческие шаги не трясли подо мной пол.
Я прибор холодолюбивый! Для создания магнитного поля, которое и помогает снимать спектры, нужен соленоид – сверхпроводящий магнит. Он погружается в жидкий гелий. А чтобы тот быстро не испарялся, его окружает «рубашка» из жидкого азота. Гелий стоит очень дорого и заправляется раз в 8–10 месяцев, а вот дьюары с азотом мне привозят каждую неделю, один, а то и два!
Рядом со мной стоит блок радиочастотных датчиков и электронных компонентов, в котором всегда "дискотека" – мелькают различные индикаторы. Датчики и принимают отклик от вещества, формируя исследуемые спектры. Чтобы я хорошо себя чувствовал и регистрировал информативные спектры, компоненты этого блока всё время обновляют на самые современные».
Практическое применение результатов исследований – контроль свойств в получаемых высоко- и низкомолекулярных соединений. Без моих данных не понятно, удалось ли получить целевое вещество, насколько оно чистое. Я помогаю установить строение неизвестных веществ и оценить степень превращения. Совместно с Институтом биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН и Вавиловским университетом при участии учёных лаборатории разрабатывали состав, который бы стимулировал рост растений и удлинял их корневую систему».
Заведующий Спектральной лабораторией, доцент кафедры органической и биоорганической химии В.С. Гринёв считает: «Синтез ради синтеза – никому не интересно».
ИК-фурье спектрометр (ИК)
«А я тоже работаю с электромагнитным излучением, как и мой двоюродный брат Спектрометр ЯМР! Правда, в другом диапазоне длин волн. Чувствуете приятное тепло от нагревательных приборов? Они излучают в инфракрасном диапазоне, в нём я и работаю.
Я могу работать как с жидкими, так и твёрдыми образцами, причём последние предпочитаю больше! Если нужно, могу и с газами. Я, конечно, не даю такой подробной информации о структуре молекул, как мой собрат спектрометр ЯМР, зато могу быстро отличать одно вещество от другого – мои спектры настолько сложны и индивидуальны, что становятся "отпечатками пальцев" каждого конкретного соединения, как органического, так и неорганического. Полимеры для меня тоже обычное дело. И вещества для анализа мне нужно немного – пары миллиграммов более чем достаточно. Так что я полезен всем!»
Высокоэффективный жидкостной хроматограф (ВЭЖХ)
«Я не менее известный, но тоже важный прибор в своей лаборатории: я нужен для разделения смесей. Выгляжу я громоздко, но, по сути, вся работа проходит на небольшой "колонке", а остальное наполнение корпуса – "обслуживающий персонал".
Я работаю только с жидкостями, поскольку разделение проходит в подвижной фазе. А высокоэффективный я – потому, что создаю высокое давление жидкости – 10–100 атмосфер! А если нужно, могу и больше! Один эксперимент занимает от 10 до 30 минут. Чаще всего ко мне обращаются органики, аналитики и неорганики, и я с радостью им помогаю.
Для работы нужна очищенная, деионизированная вода. Для этого у меня есть специальный прибор-помощник, который деионизирует воду. Она перестаёт быть электрическим проводником, поэтому в неё можно смело опускать руки и не бояться удара током!»
В настоящее время в лаборатории выполняется грант Российского научного фонда № 22-23-00171 «Синтетические подходы к созданию библиотек конденсированных имидазогетероциклов, их функциональных производных и комплексов с целью создания перспективных биологически активных веществ медицинского назначения».
В его рамках учёные синтезировали органические молекулы, которые обладают антимикробным действием и лечат бактериальные инфекции у людей и животных. Эти разработки получат практическое применение в создании новых антибиотиков: Резистентность некоторых бактерий и появление новых, устойчивых к известным антибиотикам, диктуют поиск новых молекул и структур, которые активны и не имеют резистентности.
Другое исследование лаборатории направлено на создание антисептиков более широкого круга действия. Это четвертичные аммонийные соединений – активные компоненты различных спреев и гелей, которыми люди обрабатывают руки, медицинские инструменты и приборы.
Команда лаборатории небольшая, всего 3 сотрудника: руководитель В.С. Гринёв, инженеры И.А. Демешко и А.С. Кочуков. Студенты Института химии занимаются исследовательской работой в лаборатории, приносят синтезированные вещества для их детального изучения. Фактически, оценку того, насколько хорошо они научились проводить синтезы – студенты получают именно здесь.
#Видимо-невидимо
Текст: Екатерина Селиверова
Фото: Полина Десятникова, София Сарыгина
__________
«СГУщёнка» во «ВКонтакте» и Telegram