Превращения цепей

Согласно академическому фольклору, фундаментальные исследования вечны: всегда будут люди, которые просто не могут жить и не заниматься ими. Кандидат физико-математических наук Ярослав Кудрявцев - один из таких людей. Несколько раз в неделю он тратит два часа времени, чтобы добраться из подмосковного Королева до московского Института нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН. Причина в том, что здесь работает один из ведущих теоретиков в области химии полимеров, доктор химических наук Аркадий Литманович. Вместе с нынешним директором института академиком Николаем Платэ они разрабатывают теорию макромолекулярных реакций. А Ярослав Кудрявцев занимается развитием идей своего учителя. Суть проблемы такова. Полимер - это длинная цепочка атомов, к которой, как подвески на хрустальной люстре, присоединены функциональные группы. Атомы в этих группах могут быть организованы множеством различных способов, и каждый из них придает полимеру какие-то иные свойства. Именно бесконечное разнообразие строения и обеспечило полимерам победное шествие по свету. Казалось бы, задача химика предельно проста - навешивай на цепочку все новые и новые группы и получай разные материалы один за другим. Однако простой путь, как это всегда и бывает, к успеху не ведет: отнюдь не всякую группу удается к цепочке присоединить. Хорошая теория как раз и позволяет сузить поле поиска и не пытаться провести невозможный синтез. - Возьмем две цепочки полимеров с разными группами. Когда группы достаточно сблизятся, то между ними может пройти химическая реакция и получится основа композиционного материала, в котором будут сочетаться свойства обоих типов групп, - поясняет Ярослав Кудрявцев. - Экспериментально такие реакции исследовать трудно. Много факторов, есть побочные реакции. А в теории удается от них отвлечься и увидеть на упрощенной модели процесс в целом. Модели же мы потихоньку усложняем. Например, реакции в отдельной цепочке полимера изучили давно. А на самом деле отдельной цепочки не бывает. Они все перепутаны друг с другом. Группы контактируют, и скорость превращения зависит от окружения, от подвижности цепей. Эти факторы я и учитываю в своей теории. Один из лидеров нашей химической науки, академик Анатолий Бучаченко, неоднократно отмечал, что химия XXI века - это химия слабых, нековалентных взаимодействий. Именно такие взаимодействия - силы Ван-дер-Ваальса, Кулона, водородные связи - и находятся в центре внимания теоретиков из ИНХС. - Конечно, ведь химия достигла такого уровня, что ученым удается синтезировать биологические полимеры. А там подобные силы играют большую роль. Впрочем, мы пока что работаем с моделями, которые не имеют прямого отношения к живым системам, - отмечает Ярослав Кудрявцев. - Хотя они живут по-своему. Например, из двух разнородных цепочек благодаря реакции получается своеобразный кентавр, блок-сополимер. Он нужен для того, чтобы соединить два полимера, не способных друг с другом смешиваться: цепочки каждого из них находят знакомый фрагмент, принимают кентавра за своего и не прогоняют прочь. Мы предсказываем строение блок-сополимера и рассчитываем, какой должна быть скорость реакции, чтобы смесь не успела расслоиться. - Сравнение с экспериментом - самый критичный этап для новой теории. К сожалению, ныне проверять ее приходится, используя данные других, зарубежных ученых. При всем старании руководителей института экспериментальная база стареет, и ставить современные опыты не всегда удается. Это обидно - ведь редко попадается такой эксперимент, в котором мало побочных факторов, и его результат поддается точному расчету. Обычно выявляется лишь главная тенденция. Впрочем, иногда удача улыбается нашим теоретикам: подходящее исследование в литературе описано. И тогда расчетные кривые совпадают с измеренными, а ученые, ставившие опыты, удивляются такой точности. Это и понятно, теоретику особого оборудования не нужно, а присущий отечественным ученым высокий интеллект, фантазия и широкая эрудиция как нельзя лучше подходят именно для качественного теоретического осмысления полученных за последние полвека данных. Впрочем, кроме стопки бумаги, ручки и компьютера для погружения в таинство превращения веществ нужна еще столь прозаическая штука, как деньги. - Хорошим подспорьем в нашей работе, которую возглавляет профессор Литманович, служат гранты РФФИ и РАН, - рассказывает Ярослав Кудрявцев об этой стороне своих исследований. - Для поездок за рубеж отечественных грантов не хватает, и требуются другие источники. Например, в этом году мое участие в международной конференции, которая проходила в Лионе, оплатила дирекция института. Чтобы получать приемлемую зарплату, надо работать по нескольким грантам. Это нормально - сотрудничество с разными группами расширяет кругозор. А ненормально то, что базовая зарплата ученого очень мала. Тем не менее результат семилетней работы молодого ученого оказался очень хорошим. Летом этого года Ярославу Кудрявцеву вручили золотую медаль РАН для молодых ученых по направлению общей и технической химии. Осенью - премию Европейской академии. А одну из наиболее интересных оценок работе дал рецензент статьи, опубликованной в электронном научном журнале "e-Polymers": "Предложенная модель, возможно, имеет и не самое прямое отношение к проводимым экспериментам, но результаты расчетов могут по крайней мере вдохновить на исследования в этой области".