Ածխածինն ու ջրածինն օրգանական քիմիայի գլխավոր դերակատարներն են։ Այս տարրերն առկա են գրեթե բոլոր օրգանական մոլեկուլներում, և դրանցում ամենից հաճախ հանդիպողը հենց ածխածին-ջրածին կապն է՝ C–H։
Ածխածին-ջրածին կապը, որքան տարածված ու կարևոր, այնքան էլ «համառ» է․ այս տարրերի միջև կապն այնքան ամուր է, որ օրգանական մոլեկուլների մասնակցությամբ քիմիական ռեակցիաներ իրականացնելը դառնում է բարդ գործընթաց։ Բաժանել ածխածինն ու ջրածինը և ազատ մնացած ատոմներն այլ ատոմների կապելով՝ նոր նյութեր սինթեզելը մարտահրավեր է, որը որոշ դեպքերում անհաղթահարելի է դասական քիմիայի համար։ Սակայն օրգանական քիմիայում կան մեթոդներ, որոնց միջոցով հնարավոր է բաժանել այս տարրերը, ստեղծել նոր կապեր ու սինթեզել նոր նյութեր։
Օրերս ոլորտի հեղինակավոր ամսագրերից մեկում՝ Nature Catalysis-ում, հրապարակվել է ակնարկային հոդված (review article), որն ամփոփում է այդ մեթոդներից մեկի վերաբերյալ գիտական հրապարակումները։ Հոդվածի համահեղինակներն են Օրգանական և դեղագործական քիմիայի գիտատեխնոլոգիական կենտրոնի «N‐պարունակող հետերոցիկլերի սինթեզի և С‐H ֆունկցիոնալացման նոր ﬔթոդաբանությունների մշակում» հեռավար լաբորատորիայի գիտնականները։
Այս հետազոտության ուղղությամբ աշխատանքները սկսվեցին մոտ երկու տարի առաջ, երբ հիմնադրվեց «N‐Պարունակող հետերոցիկլերի սինթեզի և С‐H ֆունկցիոնալացման նոր ﬔթոդաբանությունների մշակում» հեռավար լաբորատորիան։ Հեռավար լաբորատորիաների կոնցեպը հետևյալն է․ Հայաստանում գիտական թիմ է ձևավորվում, որը պիտի ունենա արտասահմանյան առաջատար գիտնական համաղեկավար։
Համանուն գիտական խմբի ղեկավար, ակնարկային հոդվածի համահեղինակ Ռոբերտ Հակոբյանն «Ինֆոքոմի» հետ զրույցում պատմում է՝ երբ իրենց թիմում հեռավար լաբորատորիա հիմնելու միտք հղացավ, որոշեցին դիմել Միացյալ Նահանգների Թեքսասի Դալլասի համալսարանի պրոֆեսոր Վլադիմիր Գևորգյանին, որն էլ համաձայնեց դառնալ լաբորատորիայի ղեկավարը։
Պրոֆեսոր Գևորգյանն այդ ժամանակ Nature Catalysis ամսագրից օրգանական քիմիայում հայտնի խնդիրներից մեկի մասին ակնարկային հոդված գրելու առաջարկ էր ստացել։ Նման հոդվածները գիտության մեջ կարևոր դեր ունեն․ դրանց հեղինակները վերցնում են որևէ թեմայի վերաբերյալ հրապարակումները և վերլուծում՝ տվյալ ոլորտի գիտնականների համար ներկայացնելով արված կարևոր աշխատանքներն ու եղած բացերը, որոնց ուղղությամբ արժե հետազոտություններ իրականացնել։
«Ըստ էության, ակնարկային հոդված անելով՝ այն ուղղություններն ես շեշտադրում, որոնք մոտակա մի քանի տարում լինելու են ակտուալ, և պետք է հենց այդ ուղղություններով հետազոտություններն ավելի զարգանան»։
Գիտնականը նշում է՝ սովորաբար այսպիսի մեծածավալ ակնարկային հոդվածների թեմաները հեղինակավոր ամսագրերն իրենք են առաջարկում ոլորտի առաջատար գիտնականներին, և այս դեպքն էլ բացառություն չէ։ Պրոֆեսոր Վլադիմիր Գևորգյանն էլ առաջարկեց հեռավար լաբորատորիայի շրջանակում առաջինն իրականացնել հենց այս ուսումնասիրությունը, և Հայաստանից աշխատանքներին միացան Ռոբերտ Հակոբյանն ու նրա ղեկավարած խմբի գիտաշխատող Հասմիկ Նիկողոսյանը։
Աշխատանքը ենթադրում էր մեծածավալ գրականության հավաքագրում, ինչպես նաև հետազոտությունների համար անհրաժեշտ գործիքակազմի յուրացում։ Ուսումնասիրությունների մի հատվածն արվեց այստեղ՝ Հայաստանում, ապա Հասմիկը 6 ամսով մեկնեց Թեքսասի Դալլասի համալսարան՝ աշխատանքներին այնտեղից մասնակցելու և մասնագիտական վերապատրաստում անցնելու։
Այսպիսով, օրգանական քիմիայում կան մեթոդներ, որոնց միջոցով ածխածին-ջրածին կապերը «քանդվում» կամ ճեղքվում են, և սինթեզվում են նոր հատկություններով մոլեկուլներ։ Այդ մեթոդներից մեկն իրականացվում է մետաղների օգնությամբ։ Մետաղի վրա լույս է ընկնում, որը գրգռում է մետաղը (ֆոտոկատալիզ), վերջինս պոկում է ջրածնի ատոմը ածխածնից, ածխածինն ազատ է մնում ու նոր կապեր ձևավորում կա՛մ հենց ածխածնի, կա՛մ էլ այլ ատոմի հետ, և արդյունքում սինթեզվում են նոր նյութեր։ Այս գործընթացը կոչվում է ջրածնի ատոմի տրանսֆեր (Hydrogen Atom Transfer – HAT)։
Ռոբերտ Հակոբյանը նշում է՝ դեռ 70-ականներին են սկսել կիրառվել մեթոդներ՝ ածխածին-ջրածին կապերը քանդելով նոր նյութերը սինթեզելու համար, և թվում է՝ այդ թեման պիտի արդեն հնացած լիներ, մինչդեռ այդպես չէ։
Մեթոդները գնալով կատարելագործվել են, ու ոլորտի կարևոր բացահայտումներից է սենյակային ջերմաստիճանի պայմաններում տեսանելի լույսով ֆոտոկատալիզը։ Հասմիկ Նիկողոսյանը նշում է՝ այս մեթոդը հնարավորություն է տալիս իրականացնելու այն, ինչը ջերմային պայմաններում շատ բարդ է, երբեմն՝ նույնիսկ անհնար, քանի որ կան նյութեր, որոնք բարձր ջերմաստիճաններին չեն դիմանում, մինչդեռ սենյակային ջերմաստիճանի պայմաններում հնարավոր է լինում դրանց մասնակցությամբ ռեակցիաներ իրականացնել։
Ռոբերտ Հակոբյանը ոլորտում դեռ կատարվելիք աշխատանքների երկու կարևոր ուղղություն է առանձնանցում՝
«Փորձը ցույց է տալիս, որ օր օրի մեթոդները լավարկելու բազմաթիվ հնարավորություններ են բացվում, բացվում են նոր գործիքակազմեր, բացահայտվում է նոր մետաղ, որը մինչև այդ նման հատկություններ չուներ։ Դաշտը շատ֊շատ լայն է, մրցակցությունը շատ մեծ է»։
Իսկ ջրածնի ատոմի տրանսֆերի և ածխածին-ջրածին կապը քանդող այլ մեթոդների կիրառության ոլորտները լայն են՝ սկսած դեղագործությունից մինչև գյուղատնտեսություն։ Դեղագործության մեջ, օրինակ, կարևոր խնդիր է նոր մոլեկուլները սինթեզել այնպես, որ կողմնակի նյութեր չառաջանան։ Երբ հայտնաբերվում է այս կամ այն հիվանդության վրա ազդող քիմիական միացություն, սակայն դրա սինթեզի հետևանքով նաև կողմնակի նյութեր են առաջանում, որոնք կարող են օրգանիզմին պոտենցիալ վնաս հացնել, ապա անհրաժեշտություն է առաջանում փնտրելու սինթեզի այնպիսի մեթոդներ, որոնց արդյունքում կողմնակի նյութեր չեն առաջանա։
Գիտական գրականության վերլուծությունը ցույց տվեց, որ ջրածնի ատոմի տրանսֆեր իրականացնելու նպատակով փորձեր են անկցացվել տարբեր մետաղների մասնակցությամբ՝ ինչպես թանկարժեք, այնպես էլ ոչ այնքան թանկարժեք։ Պալադիումն, օրինակ, լավ արդյունքներ ցույց տված թանկարժեք մետաղներից մեկն է։ Ռոբերտ Հակոբյանը նշում է՝ թանկարժեք մետաղները, հատկապես՝ պալադիումը, իրենց հատկությունների շնորհիվ բազմաթիվ քիմիական գործընթացներում կարելի է կիրառել, ու բնական է, որ գիտության մեջ այս և այլ թանկարժեք մետաղներ լավ ուսումնասիրված են, իսկ ոչ այնքան թանկարժեք մետաղները՝ պակաս ուսումնասիրված։
«Մեր ակնարկային հոդվածում նշում ենք, որ, օրինակ, պալադիումով կատարված բոլոր գործընթացները բավականին լավ ուսումնասիրված են, ու այնտեղ անելու շատ քիչ բան կա, պոտենցիալն արդեն շատ քիչ է, որ ինչ-որ նոր բան կկարողանաս անել։ Բայց, օրինակ, կան մետաղներ, որոնք դեռևս այդքան էլ լավ ուսումնասիրված չեն, մասնավորապես՝ նիկել, ռութենիում, կոբալտ և այլն։ Այստեղ կան բազմաթիվ բացեր, որոնք մեծ պոտենցիալ են տալիս ոլորտը զարգացնելու, ընդլայնելու համար»։
Ամփոփելով ակնարկային հոդվածի հիմնական ասելիքը՝ Ռոբերտ Հակոբյանը նշում է՝ ոլորտում անելիք դեռ կա․ կարող են և՛ մետաղների նոր հատկություններ բացահայտվել, և մեթոդոլոգիական նոր լուծումներ տրվել, որոնք հնարավորություն կտան ավելի արդյունավետ ու մատչելի սինթեզ իրականացնելու։
Խոսելով հեռավար լաբորատորիայի հետագա պլաններից՝ գիտնականները նշում են՝ իրենց նպատակն է գտնել նոր «գործիքակազմեր», որոնք հնարավորություն կտան իրականացնելու դասական քիմիայի տեսանկյունից անհնար թվացող սինթեզներ։ Ջրածնի ատոմի տրանսֆերը, որի վերաբերյալ հրապարակումները գիտնականներն ամփոփել են իրենց ակնարկային հոդվածում, մեթոդներից մեկն է միայն։
Նրանք այս ուսումնասիրության մեջ կարևորում են այն, որ պրոֆեսոր Վլադիմիր Գրիգորյանի հետ համագործակցության արդյունքում հնարավորություն ունեցան նման մեծածավալ հետազոտությունների իրականացման համար անհրաժեշտ գիտելիքներ կուտակելու և նման հեղինակավոր ամսագրում իրենց աշխատանքի արդյունքները տպագրելու։ Հետազոտության ընթացքում գիտնականները նաև արձանագրեցին, որ իրենց լաբորատորիայի տեխնիկական հագեցվածությունը հնարավորություն է տալիս մրցունակ հետազոտություններ իրականացնելու։
Իսկ վերջում նրանք հույս են հայտնում, որ շարունակական աշխատանքի արդյունքում մոտ 10 տարուց կկարողանան նման ծավալի աշխատանք իրականացնել ու հեղինակավոր ամսագրում տպագրություն ունենալ արդեն առանց միջազգային համագործակցության։
Լուսանկարները՝ Ռոման Աբովյանի
Կարդացեք նաև «Հանրագիտ» շարքի նախորդ հոդվածը՝ «Անտագոնիզմն ընդդեմ ագոնիզմի․ ինչպե՞ս են հակամարտող կողմերը հիշում Արցախյան պատերազմը | Հանրագիտ»
«Հանրագիտ» շարքն իրականացվում է «Երիտասարդ գիտնականների աջակցության ծրագրի» (ԵԳԱԾ) ֆինանսավորմամբ։
