«Очень интересно открывать что-то новое: день, когда эксперимент дал не то, что ты ожидал, — это замечательный день»

[Александра Борисова]: Мы с вами оба закончили химфак МГУ, но с разницей почти в 20 лет. Поделитесь впечатлениями об этом месте?

[Игорь Алабугин]: Химфак, конечно, сыграл большую роль в моей жизни. И до сих пор, когда я встречаю кого-то, кто окончил МГУ, особенно химфак, всегда возникает ощущение, что ты встретил единомышленника, человека, с которым тебя многое связывает. Сейчас это немножко изменилось, появились новые корпуса и здания, но первые 50-60 лет мы ходили по одним и тем же паркетным полам, гранитным ступеням — это такая незабываемая атмосфера.

Для меня было большой удачей учиться в МГУ, сам я родился очень далеко от Москвы. Когда меня спрашивают во время путешествий, откуда мой акцент (он у меня и сейчас сохранился), я иногда говорю, что я родился в Азии. Есть такое место, где почти в одной точке сходятся границы Казахстана, Монголии, Китая и России, — если пройти от него 300 километров на север через горы, можно найти Новокузнецк, там я и рос. Мне попался очень хороший учитель химии, который начал с того, что поставил единицы всему классу. Всем было обидно, а мне стало интересно. И это была более выигрышная стратегия, не только для меня — я был не единственным учеником из нашей 72-й школы, который поступил в МГУ.

Само поступление прошло не очень гладко. Я хорошо знал химию, как мне казалось, хорошо знал математику, но мое сочинение по роману «Мать» Горького оценили на тройку. К счастью, мне повезло, я поступил.

Учеба в МГУ — это время, когда я понял, что даже самые сложные проблемы можно решить, если не бояться. Помню свою первую лекцию по матанализу, когда я не понял ничего. Но я не сдался. Подумал, что, может, никогда не пойму, но просто выучу. Стал учить — и через несколько недель я эти знаки начал понимать, математика стала для меня одним из простых предметов.

Еще одна вещь, за которую я благодарен МГУ, — то, что нам давали, как говорят по-английски, challenge yourself, как бы бросить себе вызов. А если тебе было сложно, то вокруг были талантливые люди, которые готовы были помочь.

[АБ]: А внеучебная жизнь?

[ИА]: Это тоже, считаю, была удача. Половина нас — приезжие — жили в общежитии, в филиале Дома студента на Ломоносовском проспекте. Это была еще одна возможность познакомиться и подружиться, играть в настольный теннис до трех часов ночи. Университет, кроме учебы, включал в себя и стройотряд, и спорт разный, игру в футбол в шесть утра. Спишь, думаешь: нет, куда я сейчас пойду. Но друзья идут по коридору, зовут, и ты встаешь и идешь. Жизнь была насыщенная!

[АБ]: В научном смысле вас МГУ сформировал? Или это произошло уже в США?

[ИА]: Думаю, скорее, химфак. Я встретил там замечательных наставников в области органической химии. Наш куратор Андрей Георгиевич Кутателадзе, человек талантливый и харизматичный, показал нам, насколько интересна органическая химия. Я пошел к нему на диплом, но он тут же уехал в Америку (я его встретил здесь лет через пять-десять, и мы до сих пор хорошо общаемся!). Я перешел под шефство Николая Васильевича Зыка, который познакомил меня с Николаем Серафимовичем Зефировым, заведующим кафедрой органической химии и совершенно выдающимся человеком. У него была потрясающая способность смотреть на вещи, которые казались сложными и непонятными, и объяснять их кратко и емко в пяти предложениях. Это мне показалось очень важным — и в органической химии, и в преподавании.

[АБ]: Расскажите теперь нам, чем же так интересна именно органическая химия?

[ИА]: Органическая химия бесконечна, в этом есть и вызов, и свобода, — мы как бы плаваем в таком открытом море. И это позволяет чувствовать себя очень комфортно, потому что ты знаешь, что возможность открывать и изобретать ничем не ограничена. J. M. Goodman в Кембридже однажды посчитал, что если взять всего 167 атомов углерода и посмотреть на все изомеры алканов, которые можно из них сделать, то их количество окажется больше, чем количество частиц во Вселенной. То есть мы никогда не сможем сделать все изомеры такого в общем-то несложного алкана — впечатляет, не правда ли?

И каждый из этих изомеров — особенный. Каждая новая молекула, которую мы делаем, чем-то связана с другими молекулами, но иногда у нее появляются неожиданно совсем новые свойства, которые никак нельзя было ожидать и предсказать. Недавно мы сделали соединение, которое выглядит так, будто мы вырезали кусочек из графена — несколько бензольных колец. Но если вы посмотрите на его ЯМР-спектр, то его просто нет. Эта молекула является дирадикалом. Два электрона в химической связи просто берут и перестают друг друга видеть, химическая связь распаривается и получаются два радикала, у которых есть только спектр ЭПР. Это пример такого неожиданного скачка в свойствах. Serendipity — вот что очаровывает в органической химии, в ней всегда есть место неожиданности.

[АБ]: У вас группа химиков-синтетиков или теоретиков?

[ИА]: В моей группе студенты могут заниматься и расчетами, и экспериментом. Кто-то занимается чем-то одним, а кто-то делает и то и другое. Вот пример: недавно в Журнале Органической химии Американского Химического Общества (ACS) у нас вышла статья, за которую мне (в шутку, конечно) дали «карточку постоянного автора» (это моя 30-я статья в этом журнале). Статья произвела сильное впечатление, редакция выбрала ее как ACS Editor’s Choice. Она сделана и написана одним студентом. Мы с ним случайно нашли, что реагент, который используется для радикальной химии, может быть еще и реагентом для переноса циано-группы. И студент, который эту реакцию открыл «в колбе», еще и полностью рассчитал поверхность потенциальной энергии методом функционала плотности — вот это хороший пример того, как студент делает и эксперимент, и расчет.

Но и специализируясь, можно достичь хороших результатов. У меня был студент, который так хорошо занимался расчетами, что за время аспирантуры у него вышло 36 статей. Мы вообще много сотрудничаем, а он был очень востребованным как расчетчик — в его статьях были партнеры из 12 стран. Причем формат сотрудничества определяется компетенциями в данной конкретной задаче — иногда мы делаем расчет для тех, кто сделал эксперимент, а иногда наоборот — специалист в определенной области делает расчет для нашего эксперимента.

Мы открыты к любым вариантам, лишь бы был результат. Синергия между двумя подходами, экспериментальным и теоретическим, это то, что как раз интересно. Очень интересно открывать что-то новое: день, когда эксперимент дал не то, что ты ожидал — это замечательный день. Это, кстати, восприятие, которые я стараюсь привить, и оно отличается от каких-то «школьных истин». Студенты расстраиваются, ведь не получилось, мол, а я им говорю, что это же самое интересное и есть — понять, почему молекулы ведут себя так, а не иначе. Это то, для чего мы делаем новую химию.

[АБ]: А зачем вообще-то нужны все эти новые молекулы?

[ИА]: Молекулы для нас — это инструменты познания мира. Можно использовать органические молекулы, чтоб открывать новые концепции. Мы предложили (и продемонстрировали) концепцию up-конверсии электрона. Это такой контринтуитивный процесс, когда электрон не снижает, а повышает энергию в ходе химического процесса. В литературе описана ап-конверсия («upconversion») фотона — превращение фотона низкой энергии в фотон более высокой энергии, а в нашем случае мы используем химические реакции, чтобы повторить это с электроном. Мы превращаем соединения с небольшим потенциалом восстановления в соединения, которые являются хорошими восстановителями. Необычность в том, что эти процессы выгодны с точки зрения энергии — что с точки зрения термодинамики и может показаться невозможным.

Но это, возможно, ничему и не противоречит — если правильно организовать процесс. В найденной нами реакции запускается каталитический цикл, в котором катализатором является электрон — и это самый дешевый и самый «зеленый» катализатор, что само по себе отлично. И вот мы превращаем энергию химических связей в потенциал восстановления. Часть энергии тратится на то, чтобы реакция шла, а часть — чтобы потенциал восстановления менялся и электрон из продукта мог перескакивать в исходник.

Обнаружили мы этот процесс случайно, и сначала мы подумали, что это нарушение законов термодинамики: не может энергетически выгодная реакция также повышать восстановительный потенциал. А оказалось — может! А есть более общий подход — фоторедокс катализ, в нем тоже часто прячется ап-конверсия электронов. Люминесценция светлячков тоже с этим связана, например.

[АБ]: Кстати о светлячках. Как устроено взаимодействие органической химии с природой?

[ИА]: Это очень хороший вопрос. В последние годы все больше и больше органическая и биоорганическая химия начинают перекрываться. Но я не вижу в этом проблемы: и та, и другая химия друг друга обогащают. Органическая химия создает инструменты для понимания биологических процессов (тут можно упомянуть биоортогональную химию – это последняя «нобелевка» по химии, полученная Каролин Бертоцци). Благодаря синтезу у нас появились инструменты, которые позволяют следить за биологическими процессами и это действительно важно.

С другой стороны, биология становится все более молекулярной наукой, что очень ценно, хотя, конечно, мы не можем пока всю биологию свести к химии, потому что многое зависит от взаимодействия между цепочками реакций. Но в то же время все начинается с молекул! Как только мы понимаем, что молекула делает, мы можем начинать распутывать физико-химические процессы и пр. Сейчас я пишу статью о том, как мы запасаем химическую энергию в функциональных группах и как можно ее использовать для создания молекул, которые нестабильны. А вот биология многие эти секреты для себя открыла, там много высокоэнергетических соединений. И чем больше мы понимаем биологию, тем больше у нас идей, как обогащать практику синтетической органической химии.

То есть это связь в двух направлениях — химики разрабатывают инструменты для понимания биологии, а лучшее понимание биологических процессов позволяет нам создавать новые химические процессы.

[АБ]: Научный процесс в России и США сильно отличается, как вам кажется?

[ИА]: Я уехал в 1996 году, это было давно, и я был другим человеком. Тогда, несмотря на то, что я оказался в другой стране — то, как люди мыслили, их ценности, не очень сильно отличались от моих коллег в России. Ученые и в России, и в Америке думали во многом похоже, им было интересно похожее, вкусы научные близкие — нас очень много связывает. И даже сейчас, когда я работаю на химическом факультете Университета штата Флорида, который очень многонациональный (у нас люди из десятка стран в профессорах), я не чувствую разницы в менталитете, мы все немного разные, но гораздо больше у нас общего.

Нас больше связывает, чем разделяет. Я продолжаю сотрудничать с российскими учеными, и достаточно много, мы пишем совместные статьи, вот прямо сегодня мы послали статью в специальный выпуск журнала Organometallics, посвященную замечательному химику, Ирине Петровне Белецкой, которой скоро будет 90 лет. Когда я общаюсь с учеными из России, я вижу единомышленников, которым интересна наука, они не себя в науке видят, а науку как таковую — и это мне близко.

[АБ]: А учебный процесс сильно различается в российском и американском вузах?

[ИА]: Да, достаточно сильно. Самая большая разница в самой динамике выбора профессии. Когда мы пришли на химфак МГУ, мы все уже были химиками, мы это выбрали и не могли уже изменить в процессе учебы. А в США процесс нелинейный, студенты на первых курсах могут взять предметы по выбору, так что некоторые приходят на химию случайно. Когда я начал преподавать свой первый курс по органической химии, для меня было шоком, насколько сильно отличаются мои студенты здесь и в МГУ.

Но в процессе обучения, особенно в аспирантуре, лучшие студенты здесь догоняют уровень студентов МГУ и становятся вполне конкурентоспособны на международном уровне. И это замечательно, что есть разные способы того, как мы обучаем студентов. В химии, и в целом в науке, у нас никогда не будет всех ответов — как бы хорошо я ни преподавал органическую химию, у меня никогда не будет всех ответов на все вопросы студентов. Ты всегда понимаешь, как мало ты знаешь, как много всего неизвестного вокруг. Поэтому самый главный навык, который мы должны дать студентам — не бояться решать проблемы, которые до тебя никто не решал.

[АБ]: С другой стороны, за последние 30 лет преподавание, наверное, сильно эволюционировало в целом?

[ИА]: Несомненно. Раньше знания были в голове и учебнике, а сейчас знания в том, где искать информацию. Умение пользоваться базами данных в чем-то компенсирует незнание учебника Марча или Некрасова наизусть.

[АБ]: Тогда, надо полагать, напрашивающийся вопрос о том, где и когда учеба лучше, не имеет смысла?

[ИА]: Вероятно, не имеет. Процесс с точки зрения специализации устроен по-разному, но в то же время качество образования определяется не им — лучшие студенты в моем здешнем классе могли бы быть успешными и в МГУ. Их процент меньше, в чем в Гарварде или MIT, но он совсем не маленький. С этими студентами интересно работать, создавать им возможность развиваться, ставить сложные интеллектуальные проблемы. Видеть, как они растут.

Мой сын окончил MIT и тоже пошел в химики, у нас такая династия химиков. Его обучение мне чем-то напомнило МГУ, там были тоже сложные проблемы, коллоквиумы, индивидуальные задания, возможность заниматься наукой с самого начала. Но было больше свободы — так же, как и здесь, во Florida State University. Он сам мог с самого начала выбирать себе классы и сдавать что-то экстерном: например, можно было прийти и сразу сдать экзамен по органической химии. То есть ты не тратишь время на прохождение курса, который ты уже знаешь, а можешь перескочить и со второго курса брать аспирантские классы. Эта система позволяет сильным студентам не терять мотивации и бросать себе вызов: тем, кто хочет многого и способен на многое, она дает возможность выйти вперед без каких-либо ограничений. Этой гибкости не было в МГУ, и я помню истории не только про более слабых студентов, которые не выдерживали нагрузки, но и когда самые сильные теряли мотивацию и прекращали учиться.

Настоящим талантам надо дать заниматься настоящей наукой. И мне кажется, что это главная удача для меня в США. Тебе никто не говорит, какие направления в науке тебе надо развивать. Ты должен сам бороться за свое финансирование, но если ты его получил, то ты научно свободен. Мне очень повезло в жизни, что я этим могу заниматься только тем, чем хочу.

Игорь Алабугин — лауреат Премии имени Георгия Гамова 2022 года. Она была учреждена в 2015 году в память о Георгии Гамове (1904–1968), советском и американском физике-теоретике, известном работами по квантовой механике, ядерной физике, астрофизике и биологии, члене-корреспонденте Академии наук СССР и члене Национальной академии наук США. Награду ежегодно присуждает Российско-американская ассоциация ученых «в целях поощрения членов русскоязычной научной диаспоры за выдающиеся достижения, признанные широким научным сообществом».