Аспирант кафедры физической химии Факультета естественных наук Новосибирского государственного университета Александр Дубок принял участие в XXVII Всероссийской конференции молодых ученых-химиков, которая проходила в Нижегородском государственном университете им. Н. И. Лобачевского 16-18 апреля. Конференция ежегодно объединяет сотни молодых ученых и специалистов со всей страны и из-за рубежа. В этом году в ней приняли участие около 500 молодых ученых из ведущих научных центров нашей страны. По итогам работы конференции экспертное жюри определило лучшие выступления.
Работа конференции проходила по 7 направлениям. Александр Дубок выступал с докладом «Исследование механических свойств полиморфных модификаций 2-пиразинкарбоксамида расчетными методами» в секции «Теоретическая и квантовая химия, фотохимия и спектроскопия». Работа выполнялась при поддержке гранта РНФ № 23-73-10142 «Разработка подходов определения и предсказания органических материалов нового поколения, способных к значительной механической деформации, современными расчетными методами» под научным руководством старшего преподавателя кафедры химического материаловедения ФЕН НГУ, старшего научного сотрудника лаборатории механохимии Института химии твердого тела и механохимии СО РАН, кандидата химических наук Дениса Рычкова. За свое выступление молодой исследователь получил диплом III степени.
— Молекулярные кристаллы органических веществ долгое время считались хрупкими материалами. Пристальное внимание исследователей было обращено на редкие примеры кристаллов, способных к значительным пластическим и эластическим деформациям. В данной работе мы проверили соответствие критериям и модели изгиба проф. Ч. Малла Редди и других, применяя методы вычислительной химии для моделирования скольжения, растяжения и связывания слоев на примере кристаллов полиморфных модификаций 2-пиразинкарбоксамида. Мы представили общую концепцию исследования гнущихся органических кристаллов расчетными методами. 2-пиразинкарбоксамид является противотуберкулезным препаратом, и его механические свойства важно учитывать при производстве лекарственных средств, — рассказал Александр Дубок.
Таблетированные лекарственные препараты обычно состоят из двух компонентов — активного фармацевтического ингредиента и вспомогательных веществ (наполнителя). Последние чаще всего являются инертными веществами, которые придают лекарственным средствам подходящую консистенцию или форму. Пациентам важно, чтобы таблетированные лекарства, доходящие до них, не разламывались и не раскрашивались. И это зависит, прежде всего, от механических свойств органических кристаллов вспомогательного вещества. Подбор материала с необходимыми свойствами становится лишним этапом производства, который необходимо технологически преодолевать. Но если его свойства известны заранее, задача существенно упрощается. Важно знать, какие именно кристаллы его образуют — пластичные или хрупкие, —потому что таблетируемость у них различная.
— Сфера применения материалов на основе органических кристаллов широка – от производства фармацевтических препаратов до гибких дисплеев и оптоволокна. Мое исследование – это часть большого проекта, в котором предусмотрено предсказание свойств кристаллов, способных к разным типам деформаций, в том числе пластическим и упругим, - уточнил молодой исследователь.
В проекте, поддержанном грантом РНФ, поднимается проблема рационального дизайна и получения уникальных материалов будущего, основанных на принципиально новых подходах. Она является одной из наиболее важных тематик современной отечественной и мировой науки. В рамках данного проекта внимание сфокусировано на органических материалах, традиционно применяемых в фармацевтической промышленности, органических светодиодах и др.
— Ранее считалось, что молекулярные кристаллы — хрупкие при физическом воздействии, и это затрудняло их применение в других областях, включая материалы для устройств нелинейной оптики, оптоволоконные материалы и другие. Более того, параметры уже привычных для нас веществ, включая такие как стабильность при хранении, детонационные свойства и другие, значительно зависят от механических свойств исследуемого и применяемого материала. Но если совместить требуемые свойства отдельных молекул, обеспечивающих их применение в определенной области, и рациональную инженерию кристаллической упаковки, можно достичь новых свойств и применений для целого ряда уже известных и синтезируемых веществ. Механические свойства в данном случае очень важны для применения и разработки материалов во многих направлениях науки и техники и требуют разработки теории прогнозирования и конкретные алгоритмы по их проверке расчетными методами, без синтеза каждого из таких образцов в лаборатории. На это в конечном счете и направлен проект. В ходе его реализации мы рассчитываем получить результаты, необходимые для решения основной задачи – разработки метода количественного описания и предсказания молекулярных кристаллических систем, способных к пластической, эластической и сдвиговой деформации. И тогда при наличии только кристаллической структуры можно будет предсказать механические свойства, в том числе при дизайне новых молекулярных кристаллов, — объяснил Денис Рычков.
Над проектом работает целая группа ученых НГУ и Института химии твердого тела и механохимии СО РАН. У них в разработке находится сразу несколько систем, чтобы обеспечить универсальность разрабатываемого метода. Поскольку 2-пиразинкарбоксамид представляет собой наиболее проработанную, исследованную и применяемую из них, он представляет собой удобную модель для фундаментальных исследований. На ней можно отработать расчет нескольких различных свойств, чтобы потом проверить их уже на других системах.
— На модели 2-пиразинкарбоксамида Александр успешно решает фундаментальную задачу понимания и прогнозирования механических свойств для органических кристаллов и проводит свои исследования разными способами. Таким образом мы постепенно приближаемся к ответу на вопрос: почему определенные свойства есть у одной формы вещества, но их нет у другой, хотя молекула одна и та же. А также — к успешному завершению поиска методов создания веществ, обладающих наперед заданными свойствами, — сказал Денис Рычков.
