andresol: (Default)
[personal profile] andresol
Краткое содержание поста: Возвращаясь к своей работе в аспирантуре над карбен-боранами, я рассказываю, почему и как проф. Карран решил ими заняться, доведя повествование до момента, когда к проекту подключился я.

***

Пару дней назад я случайно обнаружил, что 21 октября 2015 года о моем ПхД-руководителе Деннисе Карране появилась статья в Wikipedia. Через 34 года после того, как он начал профессорствовать в Университете Питтсбурга. Неплохая статья, с немецкой версией, но написал ее не я. Хотя бы потому, что там нет ни слова о карбен-боранах, которыми я занимался в аспирантуре.


А вместе с тем, карбен-бораны в последние годы стали самым важным, если не единственным проектом в группе Каррана. Хотя и полууспешным. Успешным в плане публикаций: начиная с первого JACS’а летом 2008 года, Curran et. al. соавторили 45 статей на эту тему. Это почти 50% всех каррановских статей за эти последние 7 лет. Но надо сказать, что Карран серьезно сбавил обороты: когда я пришел в 2007 году, в группе было почти 20 человек, а сейчас всего 5-6 и ни одного постдока. И если по ссылке сходили, то заметили, что многие разделы сайта давно не обновлялись.

Справедливости ради отмечу, что большинство этих статей готовилось и писалось в широком сотрудничестве с другими группами французских, американских, японских, немецких и британских химиков. Но даже если поделить 45 на два, то все равно будет внушительное число. Если не для Каррана (у него один только Хирш = 91), то для меня (а я попал в соавторы на 11 из этих карбен-борановых статей).

И неуспешным в плане развития первоначальных задумок. Важными синтетическими реагентами карбен-бораны не стали. Я до сих пор подписан на Google Scholar Alerts по ключевым словам “carbene borane”, “borenium” и по цитированиям на мои собственные статьи. Никакого прорыва не произошло. Поигрались, перебрали простые реакции и зашли в никуда. Ну, в химии такое сплошь и рядом бывает. Разумеется, 10 лет назад Карран надеялся на более яркое будущее для своей придумки.

Статья в Википедии правильно отмечает, что Деннис Карран - в первую очередь радикальный химик, и все его последующие проекты начинались в химии радикалов. С применения радикальных циклизаций началась его карьера в Питтсбурге. Синтез хирсутена оказался настолько популярным, что Николау включил его в первый том Classics in Total Synthesis, откуда о Карране впервые узнал я и потому включил Питтсбург в число универов, куда стоит подать в аспирантуру.


(схема тоже из Вики: https://en.wikipedia.org/wiki/Cascade_reaction)

Но проблема со всеми этими радикальными каскадами, что финальный радикал “R с точкой” часто нужно восстановить до R-H, а самым популярным донором атомов водорода является указанная на схеме “оловяшка” - трибутилтингидрид Bu3SnH (название этого вещества я никогда не мог по-нормальному сказать по-русски). А она ядовитая, вонючая, и заменить ее на что-нибудь более ласковое было давней мечтой радикальных химиков. И вроде много было предложено разных альтернатив, много статей опубликовано, но я уверен, что открой последний JACS, и если там есть синтез с Barton-McCombie deoxygenation (классической радикальной реакцией), восстанавливать будут “оловяшкой”.

В начале 90-х Карран предложил модифицированную версию этого реагента - fluorous tin hydrides (например, (C6F13CH2CH2)3SnH) - которые позволяли удалить оловоорганические побочные продукты экстракцией фторированными растворителями. Из этой идеи выросло его увлечение fluorous chemistry, другими перфторалклированными регентами. Карран создал принцип fluorous mixture synthesis (опубликовал его в Science, получил под него гранты NIH), соавторил книгу, основал компанию Fluorous Technology, чтобы торговать подобными реагентами и колонками с силикагелем с фторированными хвостами (фирма прошлый кризис не пережила и в итоге загнулась). Так и карбен-бораны возникли в его голове благодаря поискам замены для Bu3SnH.

Я представляю как примерно в 2006 году Деннис Карран наткнулся на статью Пола Раблена и Джона Хартвига (того самого, моего будущего руководителя на постдоке) "Аккуратные последовательные энергии диссоциации боранов, полученные расчетами ab initio высокого уровня". Я-то всегда считал, что грош цена любым расчетам в приложении к синтетической органической химии (поэтому не могу перевести accurate как точные). Но зерно здравого смысла в той статье было: комплексация BH3 с основаниями Льюиса уменьшает энергию связи B-H. В расчетах фигурировали вода, амины, фосфины. И действительно в 1998 году Дерек Бартон (тот самый из Barton-McCombie, и вообще Нобелевский лауреат и очень уважаемый мной химик, так как он открыл много одновременно простых и полезных реакций и концепций) опубликовал статью об использовании фосфин-боранов в качестве реагентов для радикального восстановления (но и эту статью все уже забыли).

“Что если взять вместо фосфинов карбены?” - подумал Карран. N-Heterocyclic Carbenes набирали популярность с того момента, как Ардуенго опубликовал способ их простого получения в 1991 году. Заменить фосфин на карбен - стало потом классическим приемом в моей аспирантской работе: брал реакции известные для фосфин-боранов и проверял, что будет в аналогичных условиях с карбен-боранами. В конце концов, Роберт Граббс такой небольшой заменой фосфина на NHC получил катализаторы Граббса 2-го поколения (а через 10 лет и Нобелевскую премию). Катализаторы 1-го поколения были бы слишком неактивными, чтобы по-настоящему заинтересовать полных синтетиков. Мое мнение, что и за свободные карбены стоит тоже Нобеля дать когда-нибудь.

Карбенов в расчетной статье не было, но сами соединения NHC-BH3 были синтезированы немцами еще в 1993 году безо всякого намека на применение. Тогда все бросились получать комплексы N-гетероциклических карбенов со всеми элементами Периодической системы. А тут у Каррана была ясная практическая идея с теоретическим обоснованием. Оставалось только получить карбен-бораны и проверить. Задание было поручено китайскому аспиранту Бин Суи.

И у Бина ничего не получилось. Он даже не смог синтезировать карбен-бораны. Потом нам это казалось смешным, странным. Через много лет я даже интереса ради нашел его лабораторные журналы на полке в общей комнате, полистал, но так и не понял, почему у него не сработали реакции, которые потом у нас успешно делали андеграды, только что пришедшие в химическую лабораторию. В общем, продукта Бин не выделил и решил, что карбен-бораны слишком неустойчивые. Их в группе Каррана долго считали таковыми, пока я не показал, что им ничего не будет не только на воздухе, но и на воздухе в кипящей уксусной кислоте.

Бину дали другой проект. За аспирантуру он успел закончить не самый простой синтез, начать еще один, защитился в 2009 году и пошел постдоком в Гарвард. Некоторое время я проработал с ним в одной комнате и считал его самым толковым и серьезным среди наших китайцев. Он мне очень много полезного рассказал о поиске постдока: шел он в группу Киши, обязательно в Гарвард, потому что из Гарварда проще будет попасть в фармацевтическую индустрию - они туда приходят делать он-кампус интервью. И, вроде, все правильно Бин просчитал, но органиком-синтетиком его никуда не взяли, и он пошел в итоге в стартап по разработке батареек. Но парень он был умный, получил грин-карту по EB1-A (а для китайцев и индусов получить грин-карту еще сложнее, чем нам), и вот уже пару лет работает в химиком в Air Liquide в Бэй Эрии.

Но Карран не хотел так просто отказываться от карбен-борановой задумки. Он решил дать ей второй шанс во время 6-месячного саббатикала (такой полурабочий отпуск) во Франции в Université Pierre et Marie Curie (чье сокращение UPMC в University of Pittsburgh вечно путалось с местным медицинским центром, который тоже UPMC). По-французски Карран по словам французов говорит без акцента. Хотя в школе он учил латынь, а французского не знал до 35 лет. Он рассказывал, что случайно оказался на несколько месяцев в швейцарском Базеле рядом с французской границей, от нечего делать стал учить французский и ему понравилось.

В общем, он быстро нашел общий язык с французскими коллегами. Сделали теоретический расчет для энергии связи B-H в карбен-боранах, и она оказалась близкой к энергии связи Sn-H, то есть в теории все работало: карбен-бораны должны были оказаться такими же замечательными донорами водорода как и “оловяшка” (забегая вперед, скажу, что в реальности все эти расчеты оказались фуфлом, ошибка в константах реакции оказалась в два порядка). Оставалось еще раз попытаться их синтезировать. Эта почетная обязанность легла на тайваньскую постдокшу Шау-Хуа.

Для Шау-Хуа это уже был третий постдок. Когда все ее друзья ломанулись в заграничную аспирантуру, Шау-Хуа решила, что она маленькая и глупая по сравнению с ними, и получила ПхД на Тайване. И решила, что она все равно маленькая и глупая и пошла делать на Тайване же постдока. Потом еще одного. И, наконец, к 30+ годам решилась отправиться заграницу (а без этого ей сложно было бы стать тайваньским профессором) - во Францию. Потом она сделает по сути 4-го постдока в Питтсбурге, работая в лабе рядом со мной над карбен-боранами. Скажет, что в плане оснащения лаб Франция и США далеко отстали от Тайваня и вернется на родину руководителем группы в их Тайваньском институте здоровья. И вообще она была редкостной патриоткой. Когда я спросил ее про одну надпись на китайском, может ли она прочитать ее и перевести, она ответила, что может, но не будет, потому что это неправильный китайский (Simplified, а не принятый на Тайване Traditional). Забавно было смотреть, как ее бесят наши китайские аспиранты-ватники, которые по всей лабе развесили символы Олимпиады в Пекине 2008 года. Говорить по-китайски она с ними, кстати, вполне могла.

И вот Шау-Хуа, предупрежденная, что карбен-бораны неустойчивы, их быстро и легко получила (руки у нее были хорошие), но обращалась с ними бережно. Они успешно восстанавливали ксантаты в условиях радикальных реакций.


Это был успех и статья в JACS, на которую я дал ссылку в начале истории. Ее даже одним абзацем упомянули в C&EN - единственная подобная честь для наших карбен-боранов. Шау-Хуа была первым автором. Вторым - Малика - французская аспирантка, которая потом в Париже стала первым человеком, защитившим по карбен-боранам диссертацию (на год раньше меня). Этьен делал расчеты. Луи, Эммануэль и Макс - тройка французских профов, которых надо было обязательно включать во все статьи по карбен-боранам (часто из вежливости и обязательно со звездочками, как шутил Карран: “Many chiefs, few Indians” - у Шау-Хуа потом была статья, где она единственная работала руками + 4 соавтора со звездочками). Если Эммануэль еще играл роль в обсуждении и написании статей, то Макс был, кажется, исключительно большим начальником, который выбивает деньги. И последний автор - Деннис Патрик Карран, конечно же.

Летом 2008 года он вернулся в Питтсбург и привез с собой работающий карбен-борановый проект, желание насаждать его в Новом Свете и постдочку Шау-Хуа. Я же заканчивал свой первый год аспирантуры с почти нулевым результатом по проекту, который мне назначил Карран перед своим отъездом. Меня частично извиняло то, что первые два семестра я полностью посвятил классам и преподаванию, но, вероятнее всего, это был неработающий проект. И тут Карран попросил меня отвлечься от него буквально на пару недель и протестировать карбен-бораны для восстановления одного из полученных мной соединений. Пара недель превратились в три с половиной продуктивных года.

Date: 2016-03-24 11:51 am (UTC)
From: [identity profile] marie-mari.livejournal.com
очень интересно. Мне нужно было отвлечься от правки дипломов, я прямо увлеклась.

Date: 2016-03-24 07:45 pm (UTC)
From: [identity profile] andresol.livejournal.com
Спасибо! Сингапурские студенты пишут дипломы? В России в конце марта я только начинал писать :) Руководители проверяли его за пару дней до защиты.

Date: 2016-03-24 11:58 am (UTC)
From: [identity profile] m-cardholder.livejournal.com
интересно

Date: 2016-03-24 07:47 pm (UTC)
From: [identity profile] andresol.livejournal.com
Спасибо. Значит, продолжу иногда писать на околохимические темы, раз кому-то это еще интересно.

Date: 2016-03-24 09:10 pm (UTC)
From: [identity profile] m-cardholder.livejournal.com
По мне уж точно интересней, чем "как жрать на 5 копеек в день и не посинеть" :)))

Date: 2016-03-24 11:49 pm (UTC)
From: [identity profile] andresol.livejournal.com
Мое наблюдение за другими, особенно англоязычными блогами: о том, как "жрать/путешествовать/покупать дома за 5 копеек", читают намного больше. Зато насчет химии комментят более осмысленно. Но что я точно не хочу - становиться заложником одной темы. Было время, когда я мог написать 5 химических постов подряд, но даже интересная химия наскучит, когда ее слишком много.

Date: 2016-03-25 09:44 am (UTC)
From: [identity profile] m-cardholder.livejournal.com
Ну, как я вижу, ты к своему блогу относишься серьезно. Тогда я точно не советчик :)

Date: 2016-03-24 12:26 pm (UTC)
From: [identity profile] niktos12.livejournal.com
Как-то спрашивал у вас, про использование карбенборанов. Не так давно, внезапно столкнулся с этим классом веществ в своей профессиональной деятельности. Оказалось, из циклических карбенборанов делают невероятно эффективные хелатирующие агенты специфичные к фтор-аниону и уже вполне себе применяют их на производствах. перечитал пост еще раз. ошибся. там была другая структура.
Edited Date: 2016-03-24 12:31 pm (UTC)

Date: 2016-03-24 07:54 pm (UTC)
From: [identity profile] andresol.livejournal.com
Что-то на такое похожее: https://en.wikipedia.org/wiki/BODIPY ?
В химии бора много интересных разделов есть. С практическим применением не только в органическом синтезе (https://en.wikipedia.org/wiki/Bortezomib). Но вот карбен-бораны пока никуда не пришли.

Date: 2016-04-09 09:18 pm (UTC)
From: [identity profile] pavel savechenkov (from livejournal.com)
Заловить фторид, если он не в воде - дело нехитрое. Тот же каликспиррол и иже с ним. Максимум водородных связей в одну точку, желательно не очень кислых. Всё.
Вот чтобы это дело начало что-то другое ловить - тут уж надо постараться. По крайней мере со фторидом все константы были обычно на пару порядков выше. Емнимс.

...Ч0-то я с пейсбука. С чего бы это...

Date: 2016-03-24 01:22 pm (UTC)
From: [identity profile] grihanm.livejournal.com
Спасибо за рассказ.

Какой то заменитель оловяшке нашли уже или еще юзают ее? Помню на основе кремния были кандидаты типа трис(триметилсилил)силан.

Date: 2016-03-24 08:11 pm (UTC)
From: [identity profile] andresol.livejournal.com
Да, (TMS)3SiH (TTMSS) - реальная альтернатива. Он чуть хуже донор, чем Bu3SnH, дорогой, но хотя бы не воняет и мозги не отравляет. Я сейчас открыл сайт JACS, поискал "McCombie", выбрал самую недавнюю статью - http://pubs.acs.org/doi/suppl/10.1021/jacs.5b13384 - и там эту реакцию с TTMSS проводят. Казалось бы, можно успокоиться и альтернатив дальше не искать, но ищут.

Date: 2016-03-24 01:45 pm (UTC)
From: [identity profile] purple-monkey.livejournal.com
Только что столкнулась в дверях с вашим Карраном. :)

Date: 2016-03-24 08:15 pm (UTC)
From: [identity profile] andresol.livejournal.com
Точно с Карраном? ;) Я, когда в Питтсбург впервые приехал, примерно знал, как Карран выглядит по фоткам с сайта. Столкнулся с ним в лифте, поздоровался, но не более. А потом прихожу к его секретарше, а она мне говорит, что профессор Карран в Японии. Я думаю: "А кого же я тогда в лифте видел?". Оказалось, что в Питт есть очень похожий на Каррана внешне проф Kenneth Jordan (http://www.chem.pitt.edu/person/kenneth-jordan) - с такой же бородой. Вот его я в лифте и видел. Потом я их, конечно, различал.

Date: 2016-03-24 08:21 pm (UTC)
From: [identity profile] purple-monkey.livejournal.com
Абсолютно точно :) Джордана я знаю, он со мной на одном этаже. Я как раз сегодня когда Каррана увидела подумала, что они офигеть, как похожи.

Date: 2016-03-24 07:05 pm (UTC)
From: [identity profile] stvne.livejournal.com
Я не химик, но прочёл на одном дыхании, взахлёб. :-)

Date: 2016-03-24 08:16 pm (UTC)
From: [identity profile] andresol.livejournal.com
Спасибо! Мне самому сейчас лезть в трудную химию и чему-то кого-то учить не хочется. А какие-то общие вещи о том, как люди выдумывают и запускают новые проекты, давно хотелось записать.

Date: 2016-03-27 06:50 am (UTC)
From: [identity profile] stvne.livejournal.com
Так это и есть самое интересное - как и из чего появляется что-то новое. :-)

Date: 2016-03-25 01:04 am (UTC)
From: [identity profile] drbernat.livejournal.com
Интересно складываются пути постдоков :)
В который раз убеждаюсь, что ожидаемая в начале карьерного пути последовательность "аспирантура -> постдок -> профессор/химик в фарме" - это скорее исключение, чем правило.

А вообще отлично, когда любимая идея профессора оказывается еще и действительно рабочей.

Date: 2016-03-25 01:31 am (UTC)
From: [identity profile] andresol.livejournal.com
Это правило более-менее работает для американцев, кто получает ПхД в топ-5 (Гарвард, MIT, Беркли, Стэнфорд, Калтех). Среди моих знакомых народ попроще, но к 35 годам все постоянную позицию находили, если было желание. Поэтому все же для всех работает, но не так быстро, как это представляется наивным аспирантам.

У Каррана были идеи, которые не срабатывали. Но это отдельные, обычно печальные истории. Мне повезло попасть на проект, который уже сработал, и оставалось только копать вширь.

Date: 2016-03-25 01:47 am (UTC)
From: [identity profile] saint-dragon.livejournal.com
Если бы все профессора в Америке до такого уровня, если даже не больше, сократили свои группы, выпускникам и постдокам в химии-биологии стало бы гораздо легче жить через какое-то время ;-)

Date: 2016-03-25 02:15 am (UTC)
From: [identity profile] andresol.livejournal.com
Карран как-то отметил в своем традиционном рождественском письме, что размер группы сократился в 2 раза, а статей опубликовали даже больше. И я не удивлен. Мне повезло не только с рабочим проектом, но и с тем, что профессор реально мог много времени мне, моему проекту и моим статьям уделять. Для себя я решил, что 10-12 человек - оптимальный размер группы.

И, конечно, раздавать большую часть грантов 60-70-80-летним профессорам, которые сами уже ничего без молодежи ни сделать, ни придумать не могут, это неправильно. Поэтому Карран для меня и здесь пример - после 60-ти решил больше времени проводить с семьей, а не с постдоками.

Date: 2016-03-29 08:34 pm (UTC)
From: [identity profile] natrina.livejournal.com
Круто! У нас в научной группе один чел как раз с ними и работает. Но нифига у него не выходит. Надо будет дать ему ссыли на статьи Шан Хуа.
А я вот больше по неорге. Полиоксометаллаты модифицирую.

Date: 2016-03-29 08:52 pm (UTC)
From: [identity profile] andresol.livejournal.com
Кто-то именно карбен-боранами занимается? По этой теме можно и мне вопросы задавать, я по ним писал и диссер, и ревью (http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201102717/abstract), поэтому какие-то вещи должен знать даже лучше, чем они описаны в статьях. Но в химии нормально, когда работает 10% экспериментов. Пусть не расстраивается.

Полиоксометаллаты - потенциально прикладная тема. Катализаторы фоторазложения воды и прочее. Успехов в работе и в жизни!

Date: 2016-04-09 09:40 pm (UTC)
From: [identity profile] savechenkov.livejournal.com
>Fluorous Technology, чтобы торговать подобными реагентами и колонками с силикагелем с фторированными хвостами
Анафематствую. На обычную перпаративку ака флэш, что-то сложнее наиобычнейшего силикакеля категорически противопоказано по стоимости. Вопрос только в размере зерна. От большого жира можно покупать сферический.
И даже С18 обычно смысла не имеют, бо ёмкость на порядок ниже. Хотя иногдаа-а... но обычно проще так. Be straight!

Image
Не припомню, чтоб я разделял именно кетон с кеталем, как тут (на С18 они различаются на ура), но что-то близкое на хорошей колонке или картридже вполне себе делится.

Модификации имеют смысл только когда они пренебрежимо дёшевы по сравнению с основой, а это хэпэлэцэшный сферический пятимикронный (+-). Навскидку, 300 баксов за 10грамм. Что-то типа полцены стандартной 4.6*250мм.

Date: 2016-04-09 11:01 pm (UTC)
From: [identity profile] andresol.livejournal.com
Скорее всего, потому они и закрылись, что было дорого и никому не нужно. Саму группу Каррана фирма снабжала этими колонками по великой дружбе, и кто занимался fluorous synthesis гонял с ними HPLC нещадно. Кто их еще использовал в академии или индустрии, я даже не знаю.

January 2026

S M T W T F S
    1 23
456 78910
11121314151617
18192021222324
25262728293031

Most Popular Tags

Style Credit

Expand Cut Tags

No cut tags
Page generated Jan. 9th, 2026 12:23 am
Powered by Dreamwidth Studios