Химический факультет МГУ и его кафедры (история и современное состояние)

Академик В.А.Кабанов, доцент Л.Д.Ужинова

Кафедра основана в 1955 г. Организатором и первым заведующим кафедрой был академик Валентин Алексеевич Каргин (1907-1969).
С 1970 г. кафедру возглавляет Заслуженный профессор МГУ, академик В.А. Кабанов.

Из истории науки. Научная область и соответственно дисцип-лина, которую сегодня называют "Высокомолекулярные соединения" (ВМС), зародилась в конце прошлого – начале нынешнего столетия в рамках трех, тогда еще не слишком связанных друг с другом наук: органической химии (синтез), коллоидной химии (изучение растворов и дисперсий высокомолекулярных веществ) и физики (изучение структуры и механических свойств полимерных тел).

Интерес к этим исследованиям был обусловлен в первую очередь множившимися практическими применениями полимеров, значение которых как незаменимых материалов непрерывно возрастало в связи с потребностями различных отраслей промышленности: каучуки, искусственные и синтетические волокна, пластмассы и органические стекла, лако-красочные покрытия. В этот же период постепенно прояснялась определяющая роль полимерных веществ в живой природе: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды.

Однако, главной причиной того, что к началу 1950-х годов наука о полимерах сформировалась в самостоятельную область химии, стало осознание решающей роли "макромолекулярности" как необходимого общего качества, благодаря которому полимерные вещества соответствующего химического состава и строения способны выполнять все столь разнообразные функции, перечисленные выше. Проще говоря, только тела, построенные из длинных молекулярных цепей, могут обладать свойствами высокоэластичных резин, высокопрочных нехрупких волокон и пластиков, твердых тел, способных набухать в жидкостях, поглощая их в количестве сотен и тысяч процентов от собственного исходного объема. Только из макромолекул могут быть построены вещества с "магиче-скими" свойствами белков и нуклеиновых кислот.

Кроме того, цепочечное строение макромолекул кардинальным образом влияет на закономерности, проявляющиеся при их синтезе и химических превращениях их функциональных групп, в том числе через посредство специфических физических факторов, обусловленных макро-молекулярностью и отсутствующих в реакциях низкомолекулярных веществ.

В.А. Каргин сыграл огромную роль в становлении науки о полимерах как интегрированной области знания. Начав свою научную карьеру как классический химик-аналитик и физико-химик, он в конце 1930-х годов впервые показал (совместно с С.П. Папковым и З.А. Роговиным), что растворы полимеров, вопреки тогдашним представ-лениям - суть термодинамически обратимые системы, подчиняющиеся правилу фаз. Исследования механических свойств полимеров в широком интервале температур привели В.А. Каргина к принципиально важным выводам о природе их физических и фазовых состояний. Идея о связи надмолекулярной (теперь бы сказали супрамолекулярной) структуры с физико-механическими свойствами полимера, высказанная в середине 1950-х годов, в дальнейшем получила многочисленные эксперименталь-ные подтверждения. В современной науке о полимерах - это один из краеугольных камней. Но тогда эта идея пробудила глубокий интерес физико-химика Каргина к химии полимеров: синтезу и химической модификации макромолекул как средствам направленного формирования надмолекулярной структуры полимерных тел. Она же определила методологию и маршруты исследований школы В.А. Каргина в последующие годы.

Из истории кафедры. До начала 1950-х годов В.А. Каргин, будучи одним из ведущих физико-химиков страны и крупнейшим специалистом в области полимеров, не был напрямую связан с высшей школой. В 1953 г. заведующий кафедрой коллоидной химии химического факультета МГУ академик П.А. Ребиндер пригласил его прочесть спецкурс для студентов дипломников. Этим было положено начало деятельности В.А. Каргина в Московском университете.

Следующим шагом (1955 г.) стало решение ректора МГУ академика И.Г. Петровского об организации на химическом факультете новой кафедры для подготовки исследователей в области полимеров с широким университетским образованием. До этого времени в технических ВУЗ'ах страны существовали "полимерные" кафедры, но лишь узко-технологической направленности (только каучуки и резины или только волокна, или только пластмассы). Заведовать первой университетской кафедрой высокомолекулярных соединений был приглашен академик В.А. Каргин.

Первыми научными сотрудниками и преподавателями на кафедре стали проф. П.В. Козлов и ст. науч. сотр. С.Я. Мирлина; первыми студентами-дипломниками и выпускниками 1956 г. были ныне академики В.А. Кабанов, Н.А. Платэ, Н.Ф. Бакеев и канд. хим. наук М.Б. Константинопольская.

Стратегическая концепция, интегрирующая химию, физико-химию и физику полимерных веществ в единую научную область, была положена В.А. Каргиным в основу строительства новой кафедры. Эта же концепция послужила основой первой университетской образовательной программы. В.А. Каргин считал, что для подготовки современных специалистов-"полимерщиков" широкого профиля необходимо, чтобы на кафедре были представлены и развивались исследования во всех главных "точках роста", определяющих научный прогресс области в целом. Поэтому каждому из составлявших тогда еще немногочисленный научно-педагогический штат было определено свое самостоятельное направление исследований. В.А. Кабанов занялся структурно-химическими аспектами управления реакциями роста полимерных цепей в процессах полимери-зации, Н.А. Платэ - структурно-химической модификацией полимеров, Н.Ф. Бакеев - изучением механизмов структурообразования при переходе от изолированных макромолекул к полимерным телам, С.Я. Мирлина - полиэлектролитами как моделями биополимеров, П.В. Козлов - структур-но-механическими свойствами полимерных материалов.

Основным научным итогом стратегии, предложенной академиком В.А.Каргиным, поначалу стало установление ряда нетривиальных явлений и эффектов, многими воспринятых как экзотика. На самом деле эти исследования положили начало нескольким магистральным направлениям в современной науке о полимерах, активно развиваемым в наши дни не только в МГУ, но и во многих других ведущих лабораториях мира.

На кафедре были разработаны принципы и методы структурно-физической модификации пластмасс и волокон, позволившие без химического вмешательства существенно изменять их механические свойства, разработаны основы теории реакционной способности функциональных групп макромолекул с учетом влияния соседних звеньев, конформации цепи и межмолекулярных взаимодействий.

В 1960 г. было впервые установлено явление микрофазового разделения в блок- и привитых сополимерах, как оказалось, имеющее общий характер для этих классов полимерных материалов. Неочевидный, но инициированный именно этим открытием, поворот к исследованию надмолекулярной структуры гребнеобразных полимеров в конечном счете привел к созданию нового класса термотропных жидкокристаллических полимеров с мезогенными группами в боковой цепи. В 1985 г. Н.А. Платэ и В.П. Шибаев за эти исследования были удостоены Государственной премии вместе с группой других ученых, добившихся к тому времени за пределами МГУ существенных результатов в исследовании жидко-кристаллических полимеров. Разработка принципиально новых физиологически активных композиций стала результатом глубокого изначального интереса В.А. Каргина к никем до того не исследовавшемуся биологическому действию функционализованных синтетических полимеров на живой организм.

В 1960 г. было открыто и в дальнейшем исчерпывающе объяс-нено явление аномально быстрой низкотемпературной полимеризации твердых мономеров при фазовых переходах: стекло-кристалл. В 1980 г. эти работы принесли В.А. Кабанову Ленинскую премию, разделенную с В.И.Гольданским, Н.С.Ениколоповым (ИХФ АН СССР) и А.Д.Абкиным (НИФХИ им. Л.Я. Карпова), каждый из которых внес свой вклад в создание общей физико-химической картины аномально быстрого роста полимерных цепей в твердой фазе. На кафедре впервые в мире был осуществлен небиологический синтез макромолекул на макромо-лекулярных матрицах; разработаны принципы полимеризации мономеров, химически активированных комплексообразователями; синтезированы и детально изучены новые интерполиэлектролитные и полимерколлоидные комплексы, открыты кооперативные реакции полиионного обмена и замещения с их участием, которые нашли важные практические применения в ряде областей.

В последние несколько лет получены важные результаты в области моделирования взаимодействия полиэлектролитов (включая ДНК) с биологическими мембранами. В качестве моделей использованы специфически модифицированные латексные частицы и липосомы. Принципиально новый аспект в понимании механизма компактизации ДНК открывается, благодаря исследованиям растворов ее комплексов с мицеллообразующими поверхностно-активными веществами в неполярных органических растворителях.

В первый год существования кафедра располагала лишь двумя небольшими комнатами в основном здании химического факультета. Годом позже (1957) после введения в строй корпуса радиохимии кафедра получила половину его первого этажа (10 модулей по 20 м² каждый). Небольшому коллективу этого было достаточно, чтобы вести экспериментальную работу с участием студентов и аспирантов. Но о развертывании учебного практикума, подкрепляющего общефакультетский лекционный курс, в этих условиях не могло быть и речи.

Важную роль в дальнейшей судьбе кафедры сыграло решение об ускорении развития химической науки и промышленности в нашей стране. Одним из пунктов принятого в 1958 г. постановления предусматривалось строительство на территории МГУ лабораторно-учебного корпуса полимеров. Строительство шло не быстро. Однако, к концу 1965 г. корпус был завершен, и кафедра заняла отведенные ей помещения площадью свыше 2000 м², где она располагается и по сей день (лабораторный корпус "А").

Необходимое в связи с расширением увеличение численности учебно-научного персонала кафедры в основном проводилось путем приема на работу лучших из ее выпускников (студентов и аспирантов). Отбор был очень строгим. В.А.Каргин занимался им непосредственно.

В короткие сроки был создан общий практикум, который впервые был методически спланирован так, что его выполнение позволяло студенту экспериментально ознакомиться с важнейшими особенностями полимерных веществ, привносимыми их цепочечным строением. Становление практикума в свое время потребовало значительных усилий со стороны всех ведущих сотрудников.

Прошло 10-12 лет, и кафедра высокомолекулярных соединений превратилась в крупный научно-образовательный центр, пользующийся признанием во всем мире. За 44 года здесь подготовлено более 700 молодых специалистов.

За годы существования кафедра сотрудничала в общей сложности с несколькими десятками академических и отраслевых научно-исследо-вательских институтов, участвовала в современных разработках, спектр которых простирается от полимеров для современной техники до полимеров для иммунологии и биотехнологии. Особое значение на протяжении многих лет имело сотрудничество с Институтом хлорорганических продуктов и акрилатов в г. Дзержинске Нижегородской обл. (теперь НИИ полимеров им. акад. Каргина). В.А. Каргин с момента создания этого института и до конца своих дней был его главным научным консультантом, а студенты первого и многих последующих выпусков кафедры проходили там производственную практику. В начале 70-х годов по инициативе тогдашнего директора С.А.Аржакова научные связи между институтом и кафедрой были существенно расширены. В частности, были созданы объединенные рабочие группы из сотрудников кафедры и НИИ, которые занимались решением конкретных научно-технических задач, согласованно используя экспериментальные базы обеих организаций. Для исследователей с университетским образованием такой опыт оказался исключительно ценным. Вместе с тем непосредственный контакт универсантов и технологов привел к быстрому воплощению фундаментальных результатов в новые технологические решения, в первую очередь, для создания и совершенствования полимерных авиационных материалов.

В 50-60-х годах кафедру посещали известные зарубежные ученые: лауреат Нобелевской премии проф. Дж. Натта (Италия) и его ученики, проф. П. Коррадини и проф. П. Пино, один из "отцов" науки о полимерах проф. Г. Марк (США), неоднократно приезжая в Москву и встречаясь с учеными кафедры, высоко оценивал научно-исследовательскую и учебную работу, проводившуюся в ее стенах. Общение с ними в период, когда международные научные связи нашей страны только начали развиваться, сыграло существенную роль в расширении кругозора молодых сотрудников, укрепляя их уверенность в собственных силах. Активно привлекая талантливую молодежь на кафедру ВМС, В.А Каргин всеми силами способствовал их участию в крупных международных научных конференциях и симпозиумах.

Кафедра сегодня. На кафедре работает 88 сотрудников (15 докторов и 43 кандидата наук).

Структура кафедры, сформированная В.А. Каргиным в 1965 г., с тех пор не претерпела существенных изменений. В состав кафедры входят 6 научно-исследовательских и 1 учебная лаборатория (общий практикум). Ниже приведен их перечень.

• Лаборатория полимеризационных процессов (зав. проф. В.Б. Голубев)
• Лаборатория химических превращений полимеров (зав. проф. В.П. Шибаев)
• Лаборатория полиэлектролитов и биополимеров (зав. член-корр. РАН А.Б. Зезин)
• Лаборатория полимеров для медицины и биотехнологии (зав. проф. С.А. Аржаков)
• Лаборатория структуры полимеров (зав. проф. А.Л. Волынский)
• Лаборатория физики и механики полимеров (зав.проф. В.И.Герасимов)
• Общий практикум (зав. доцент А.Д. Антипина)

В научно-исследовательских лабораториях проводятся исследо-вания по приоритетному направлению: "Современные проблемы химии и физико-химии полимеров" (руководитель - акад. В.А. Кабанов).

Основой учебного процесса, проводимого кафедрой в рамках МГУ, служат общий курс и общий практикум по высокомолекулярным соединениям.

Курс "Высокомолекулярные соединения" читается для всех студентов химического факультета на 4-ом году обучения (профессор В.П. Шибаев). В адаптированных вариантах он также читается для студентов некоторых специальностей биологического и почвенного факультетов (член-корр. РАН А.Б. Зезин, проф. В.А. Изумрудов), а также для студентов высшего колледжа наук о материалах (доц. М.С. Аржаков) и высшего химического колледжа РАН (академик Н.А. Платэ).

Курс дает общие представления о полимерном состоянии вещест-ва, строении изолированных макромолекул и структуре полимерных тел, об особенностях их физико-химических свойств, о способах синтеза высокомолекулярных соединений, их химических превращениях, о поведении полимеров в растворах.

Общий практикум содержит 6 экспериментальных разделов: "Синтез полимеров", "Химические превращения и модификация полиме-ров", "Растворы полимеров", "Полиэлектролиты", "Структура полимеров", "Механические свойства полимеров". Эти разделы включают около 40 экспериментальных работ, из которых 6 являются обязательными (по одной из каждого раздела). В практикуме имеется дисплейный класс, в котором студентам предоставляется возможность ознакомиться с метода-ми математического моделирования различных процессов, протекающих при синтезе и модификации полимеров, а также производить обработку экспериментальных данных на персональных компьютерах. В практикуме создана автоматизированная система обучения и контроля знаний студентов.

Кроме того, студентам и аспирантам кафедры предлагаются углубленные специализированные курсы лекций. Чтение спецкурсов сопровождаются спецпрактикумом по экспериментальным методам иссле-дования полимеров. Задачи по методам ЭПР, ЯМР, ИК-спектроскопии, рентгенографии, электронной микроскопии, светорассеянию, флуоресценции, динамометрии (всего 9) поставлены и выполняются в соответствующих научно-исследовательских лабораториях.

С 1986 г. кафедра получила право формировать группу для углубленного изучения ВМС из числа студентов, зачисленных на первый курс. Студентам этой группы уже в первом семестре читается вводный курс лекций по ВМС. Кроме того, их знакомят с научно-исследовательскими работами, проводимыми на кафедре. Ко времени окончания семестра студент выбирает научную тему и лабораторию, в которой выполняет свою первую курсовую работу.

На 2-ом курсе студенты группы ВМС продолжают работу в лабораториях кафедры, знакомятся с применением современных численных методов в химии полимеров и выполняют курсовую работу по специальности. Следует отметить, что студенты, выбравшие на 1-ом курсе группу ВМС, в ходе дальнейшего обучения при желании могут свободно перейти на любую другую кафедру химического факультета. Защиты курсовых работ проходят в рамках научных студенческих конференций. Жюри из числа ведущих сотрудников кафедры и приглашенных оценивает работы и по результатам определяет победителей и призеров. Жюри также рекомендует лучшие из защищенных работ на конкурсы и другие молодежные научные конференции. На 3 и 4 курсах некоторые общеобразовательные курсы для студентов группы ВМС читаются отдельно от общего потока по специально адаптированным программам.

В заключительном периоде обучения студенты слушают 3-4 спецкурса по выбору и выполняют спецпрактикум. Практика по химической технологии для студентов группы ВМС организована в Институте нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН.

Таким образом, выпускники кафедры приобретают глубокие знания в области полимеров и универсальные экспериментальные навыки в области современных методов их исследования.

Основные научные достижения. Открыл и объяснил явление аномально быстрой низкотемпературной полимеризации твердых моно-меров при фазовых переходах стекло-кристалл (1970-е гг.); открыл и исследовал спонтанную полимеризацию 4-винилпиридина на полианион-ных матрицах и другие специфические реакции полимеризации (возмож-ность моделирования матричного биосинтеза макромолекул); обосновал концепцию комплексно-радикальной полимеризации виниловых и аллило-вых мономеров как особой разновидности полимеризационных процессов, в которых комплексообразователи выступают в роли катализаторов или замедлителей элементарных актов роста, обрыва и передачи цепи; уста-новил особенности радикальной полимеризации ионных мономеров (1980-е гг.); обнаружил и количественно исследовал реакции макромолекуляр-ного обмена и замещения в интерполиэлектролитных комплексах, которые играют решающую роль в явлениях молекулярного узнавания и самосборки супрамолекулярных полиэлектролитных структур (моделиро-вание процессов в биологических системах).

[ Химический факультет МГУ и его кафедры (история и современное состояние) ]