Доступ к почте в ИХКГ
Новости
Поиск по сайту
Блокнот
Карта сайта

Научная школа "Магнитные и спиновые эффекты в радикальных реакциях"

Руководитель научной школы - академик Молин Юрий Николаевич.

Научные направления школы академика Ю.Н. Молина формировались под влиянием двух обстоятельств: (1) бурного развития  с конца 50-х годов методов химической радиоспектроскопии (ЭПР и ЯМР) и их приложений для изучения активных химических частиц и (2) гипотезы о возможной роли слабых взаимодействий (с энергией, не превышающей тепловую энергию молекул) в химии, которая была высказана В.В. Воеводским в начале 60-х годов.

Еще в московский период работы (1957-1961 годы) Ю.Н. Молиным совместно с А.Г. Семеновым была создана уникальная установка для исследования спектров ЭПР под пучком  электронного ускорителя, которая многие годы применялась для изучения первичных радикальных стадий радиационно-химических реакций. Аналогичная установка была создана позднее в Нотрдамском  университете в США. После переезда в Новосибирск основные интересы группы (с 1967 года – лаборатории) Ю.Н. Молина сосредоточились на поиске слабых взаимодействий, обусловленных далекой делокализацией спиновой плотности в комплексах и радикалах, и их роли в процессах переноса спина и заряда. С этой целью были отработаны и реализованы оригинальные подходы изучения распределения спиновой плотности по контактным сдвигам в спектрах ЯМР и изучена роль этой делокализации в процессах электронного спинового обмена (докторская диссертация, 1971 г.). Исследования спинового обмена проводились также в Москве К.И. Замараевым, а их теория разрабатывалась в Новосибирске К.М. Салиховым. На базе этих работ была написана монография Spin Exchange. Principles and Applications in Chemistry and Biology, Springer Verlag, 1980, Yu.N. Molin, K.M. Salikhov and K.I. Zamaraev, которая до сих пор остается единственной обобщающей монографией в этой области. Она продолжает широко цитироваться как в русском, так и в англоязычном вариантах, оставаясь теоретическим фундаментом для работ, использующих спиновые зонды в химии и молекулярной биологии.

Блестящей иллюстрацией роли слабых взаимодействий в химических реакциях оказались  такие замечательные явления, обнаруженные в конце 60-х/ начале 70-х годов, как химическая поляризация ядер и электронов и влияние магнитных полей на реакции радикальных пар. В этих реакциях магнитные взаимодействия с энергией, на многие порядки меньше тепловой энергии молекул, оказывают «управляющее» воздействие на взаимную ориентацию электронных спинов пары и, следовательно, на протекание элементарного химического акта в растворах. Поэтому естественно, что в последующем Ю.Н. Молин и его сотрудники в основном сосредоточили свои усилия на работах в этом новом направлении, которое позднее получило название «спиновая химия».

Общепризнано, что отечественные ученые (А.Л. Бучаченко и Е.Л. Франкевич в Москве и Ю.Н. Молин, Р.З. Сагдеев и К.М. Салихов в Новосибирске) внесли первостепенный вклад в становление и развитие этого нового направления химической физики. Признанием работ упомянутых ученых явилось присуждение им Ленинской премии 1986 года за цикл работ «Магнитные и спиновые эффекты в химических реакциях». Подводящая итоги  первого этапа развития спиновой химии монография Spin Polarization and Magnetic Effects in Radical  Reactions, Elsevier, 1984, K.M.Salikhov, Yu.N.Molin, R.Z.Sagdeev and A.L.Buchachenko; Ed.by Yu. N. Molin, была первой обобщающей монографией по спиновой химии в мировой литературе.  Она до сих пор остается наиболее цитируемой в своей области книгой.

Современные работы школы академика Ю.Н. Молина сосредоточены на развитии актуальных проблем спиновой химии. При этом работа ведется параллельно в нескольких направлениях, включающих (1) поиск и исследование новых аспектов магнитоспиновых эффектов, (2) разработку и усовершенствование высокочувствительных методов, основанных на принципах спиновой химии и (3) применение этих методов для изучения короткоживущих интермедиатов, которые невозможно зарегистрировать другими методами.

К числу важнейших достижений школы относятся:

(1) Развитие метода оптического детектирования спектров ЭПР спин-коррелированных ион-радикальных пар в растворах. Этот метод позволил регистрировать короткоживущие частицы при их стационарной концентрации около 100 штук в образце, что на многие порядки превышает порог чувствительности обычного метода ЭПР (1010 спинов). Установки на этом принципе были позднее воспроизведены в США, Японии, Великобритании и Швеции.

Anisimov O.A., Grigoryants V.M., Molchanov V.K., Molin Y.N., Optical detection of ESR absorption of short-lived ion-radical pairs produced in solution by ionizing-radiation, Chemical Physics Letters 66 (1979) 265-268

(2) Наблюдение эффектов квантовой когерентности (квантовых биений) в рекомбинации радикальных пар. Разработка на этой основе высокочувствительных времяразрешенных методик открыла возможности получения информации о спектрах ЭПР короткоживущих частиц и их реакциях в наносекундном диапазоне времен, когда чувствительности метода ОД ЭПР и тем более обычного ЭПР для регистрации таких частиц не хватает.

Anisimov O.A., Bizyaev V.L., Lukzen N.N., Grigoryants V.M., Molin Y.N., The induction of quantum beats by hyperfine interactions in radical-ion pair recombination, Chemical Physics Letters 101 (1983) 131-135,

Багрянский В.А., Боровков В.И., Молин Ю.Н., Квантовые биения в радикальных парах, Успехи химии 76 (2007) 535-549

(3) Наблюдение и исследование еще одного явления, связанного со спиновой когерентностью – влияния слабых магнитных полей (сравнимых с магнитным полем Земли) на рекомбинацию ион-радикальных пар. На базе этих работ был развит новый спектроскопический метод исследования радикальных пар – спектроскопия пересечения спиновых уровней радикальных пар. Эти работы вновь стимулировали интерес к вопросу о возможности влияния слабых магнитных полей на биологические объекты.

Stass D.V., Lukzen N.N., Tadjikov B.M. and Molin Yu.N., Manifestation of quantum coherence upon recombination of radical ion pairs in weak magnetic fields. Systems with non-equivalent nuclei, Chem. Phys. Letters 233 (1995) 444-450.

Dmitri V. Stass, Sergey V. Anishchik and Vladimir N. Verkhovlyuk. Coherent spin control of radiation-generated radical ion pairs in liquid alkanes // In: Selectivity, Control, and Fine Tuning in High-Energy Chemistry, 2011, ISBN: 978-81-308-0432-3 Editors: Dmitri V. Stass and Vladimir I. Feldman, Research Signpost, pp. 143-189

(4) Применение разработанных методов для изучения строения и реакций короткоживущих промежуточных частиц, включая биологически значимые радикалы. Изучение таких частиц в растворах при обычных температурах традиционными методами было невозможно из-за их высокой реакционной способности.

Maria Vyushkova, Pavel Potashov, Vsevolod Borovkov, Victor Bagryansky and Yuri Molin. Optically Detected ESR and Time-Resolved Magnetic Field Effect in radiation chemistry of non-polar solutions // In: Selectivity, Control, and Fine Tuning in High-Energy Chemistry, 2011, ISBN: 978-81-308-0432-3 Editors: Dmitri V. Stass and Vladimir I. Feldman, Research Signpost, pp. 191-220

Karogodina T.Y., Dranov I.G., Sergeeva S.V., Stass D.V., Steiner U.E. Kinetic magnetic-field effect involving the small biologically relevant inorganic radicals NO and O2·-. // Chemphyschem : a European journal of chemical physics and physical chemistry 12(9) 1714-1728 (2011)

Перечисленные результаты хорошо известны международному научному сообществу. Они неоднократно докладывались на международных и российских конференциях, опубликованы в ведущих журналах и обобщающих обзорах и монографиях.

Признанием вклада школы в развитие химической радиоспектроскопии и спиновой химии является избрание ее лидера членом международного комитета по спиновой химии (1994), Менделеевским чтецом (1992) и почетным членом международного общества ЭПР (1998), а также присуждение Гранта по номинации «Выдающиеся ученые России» (2001, 2002), Золотой медали им. академика Н.Н. Семенова Российской академии наук (2006) и премии им. академика В.В. Воеводского (2009).

В разное время Ю.Н. Молин участвовал в работе редколлегий ряда журналов, таких как Журнал структурной химии (1978-1988, главный редактор), Chemical Physics Letters (1980-2000), Успехи Химии (1984-1997), Molecular Physics (1988-1995), Radiation Physics and Chemistry (1988-1998), Mendeleev Communications (1991-н/в), Bull. Korean Chem. Soc. (1998-н/в). В качестве пленарного докладчика его приглашали на многие международные конференции, включая конференции по спиновой химии. Членов школы многократно приглашали в зарубежные центры по спиновой химии для чтения лекций и проведения совместных исследований.

Для школы, как и для всей российской науки, наиболее сложным периодом оказалась первая половина 90-х годов. В этот период в зарубежные лаборатории переехало более половины сотрудников наиболее продуктивного среднего возраста. Большинство из них продолжает работать в области спиновой химии или в смежных областях и поддерживает научные контакты с лабораторией. Несмотря на эти потери,  в начале 90-х годов усилиями оставшихся сотрудников удалось сохранить преемственность и развить новые направления исследований. Более того, в эти же годы, несмотря на все проблемы, окончательно оформилось выделение из состава школы самостоятельного направления, известного сейчас как школа академика Р.З. Сагдеева. Еще одна самостоятельная научная школа создана после переезда в Казань членом-корреспондентом РАН К.М. Салиховым, который принимал активное участие в разработке теоретических аспектов спиновой химии во время новосибирского периода своей работы.

Одной из важных особенностей школы является организация коллективных работ специалистов разного профиля - физиков и химиков, экспериментаторов и теоретиков, привлечение высококвалифицированных радиоинженеров для разработки экспериментальных установок. Большинство наиболее цитируемых работ коллектива выполнено на оригинальных установках, таких как спектрометры ОД ЭПР в разных модификациях и установки для наблюдения время-разрешенных эффектов магнитных, электрических и СВЧ полей. Для сохранения лидирующих позиций непрерывно ведется работа по модернизации этих установок и разработке новых методик.

В обеспечении стабильной работы школы важную роль играл и играет постоянный приток (и проток) молодежи – студентов Новосибирского государственного университета и аспирантов НГУ и СО РАН. Этому способствовало с одной стороны участие ведущих членов школы и молодых сотрудников в учебном процессе на химическом и физическом факультетах НГУ (а также в физико-математической школе при НГУ), а с другой стороны - работа кафедры химической физики НГУ, которую с 1973 по 1995 г. возглавлял Ю.Н. Молин. Благодаря этому в последние годы доля молодых участников стабильно составляет около половины общего состава школы.

16.12.2011    Академик Ю.Н. Молин