Систематическое наименование кубана

Когда я был в химическом летнем лагере после 10 класса, дали нам однажды набор заданий, среди которых было дать систематическое наименование кубану – есть такой углеводород с формулой C₈H₈, в котором углероды расположены в углах куба. Никакой связи с Кубой.

Википедии тогда еще не было, по имевшимся у нас книжкам Женя Ларионов разобрался, что кубан можно еще назвать пентацикло[4.2.0.0^2,5.0^3,8.0^4,7]октаном. Мне понадобилось некоторое время, чтобы въехать в то, как образуется это наименование, но все оказалось весьма логично. Если соединить два атома углерода мостиком из 4 углеродов (это будут атомы 1–6), затем еще мостиком из двух углеродов (их пронумеруем 7 и 8), затем соединить 1 и 6 напрямую (это третий 0 в названии), соединить напрямую углероды 2 и 5, 3 и 8, 4 и 7, то получится плоский граф, в котором при переведении в пространство вполне можно опознать кубан. И сразу видно, откуда взялись пять циклов, почему он “пентацикло”.


Все это очень хорошо и ностальгично: чем еще занимать детей летом в доинтернетовскую эпоху. Но человечество далеко продвинулось с тех пор в области автоматических номенклатурилок. Даже жадная ChemDraw разместила в сети бесплатную песочницу, где можно порисовать и назвать структуры. (Ради подобных ссылок я этот пост и пишу: вдруг кому-то еще понадобится назвать химическое соединение по IUPAC, платить тысячи долларов за настоящий ChemDraw не хочется, а пиратской версией уже совесть не позволяет пользоваться). Только что это? Во-первых, они не хотят давать “пентацикло” название (потому что предпочтительное название с точки зрения IUPAC “кубан”, и не надо выпендриваться). А, во-вторых, cubane он дает только для плоского графа, а для кубика добавляет еще кучу ненужных (?) стереодискрипторов:


Я вот вам не объясню, откуда взялись эти 1s,2s и так далее. Незамещенный кубан имеет точечную группу симметрии O_h, не должно быть никаких хиральных и прохиральных центров. Поигрался еще с названиями, убедился, что имеются в виду именно псевдоасимметрические центры, когда два заместителя отличаются только абсолютной конфигурацией, входящего в них хирального элемента, и (R)- имеет приоритет над (S)-.


Но это я отвлекся. Я хотел продемонстрировать, что программа сейчас может моментально и безошибочно назвать соединение, с которым школьникам приходилось сидеть и ломать голову. А потому ценность всех этих заданий на номенклатуру представляется мне сомнительной. И вообще нужно ли учить сейчас номенклатуру органических соединений со всеми ее тонкостями, вроде тех, что я показал выше? Компьютерам намного понятнее и компактнее будет запись типа SMILES (для кубана это будет C12C3C4C1C5C2C3C45), а не все эти скобочки и верхние индексы:


А люди тоже эти систематические названия не воспринимают и норовят придумать тривиальные имена, как тот же кубан. Когда я писал диссертацию и статьи, я выводил все эти “1,3-bis(2,6-diisopropylphenyl)imidazol-2-ylidene” только в экспериментальной части. А так намного понятнее формула или сокращение “dipp-Imd”, а то и просто “IPr”. И радикал кубана (если от него атом водорода оторвать) так и хочется назвать “кубил”, а не “кубан-1-ил”.


И я бы успокоился на том, что называние химических соединений вручную осталось в истории вместе с дискетами на 3.5 дюйма. Но не тут-то было. Стоит вам поискать “cubane” в ютубе, и первая ссылка на самое просматриваемое видео будет на Khan Academy, где разбирается, как назвать кубан через “пентацикло”. Стоит вам поискать “cubane” на chemistry.stackexchage.com (такой аналог Stack Overflow, но по химии), то больше всего голосов будет у поста о систематическом названии. Никуда эта схоластика не делась, несмотря на появление автоматических номенклатурилок. Мучают детей графами и скобочками. Лучше бы тогда учили группы симметрии, если хочется побольше математики, а не химии.

Это большая проблема всех современных стандартных тестов. Задания по программированию, физике, химии подменяют математическими головоломками, решение которых можно однозначно оценить и быстро генерить много вариантов, без попыток придумать красивые задания, связанные с реальным миром. В школьной химии меня больше всего бесит “рассаживание электронов по полочкам”, которое дают без малейшего представления об уравнении Шредингера и что эти полочки на самом деле значат.

Знать таблицу умножения полезно, а вот уметь перемножать в уме двузначное число с трехзначным в компьютерную эпоху бессмысленно. Когда я готовился к олимпиадам, был у меня двухтомник Несмеянова по органической химии. Книга была издана в 1974 году, через 10 лет после синтеза кубана, но там этот синтез уже был:


(Еще одна полезная ссылка: https://djvu2pdf.com/ – где можно легко перевести советские химические книги, разбросанные по сети в djvu формате, в pdf. То, как мы в студенческие годы собирали коллекции этих файлов, – отдельная история; а теперь все находится в два клика).

А современные учебники игнорируют, что номенклатурить соединения вручную уже не надо. Не надо запоминать порядок заместителей, приоритет двойной связи над тройной и тому подобную лабуду. Я когда-то хотел создать эпп по номенклатуре углеводородов, но отказался от этой идеи. Если некоторые тривиальные названия еще имеет смысл знать (хотя бы от метана до декана, бензол-толуол), то всю эту схоластику с “пентацикло” пора оставить в прошлом.

Продолжаю размышлять о профессорских перспективах

Пролистывал на днях список статей в Organic Letters и увидел знакомую фамилию со звездочкой. Ming Chen стал постдоком в группе Хартвига через полгода после меня. Но в отличие от меня он там задержался на четыре года, опубликовал 6 статей и в 2016 году стал профессором в Auburn University. Есть такой универ в алабамской глубинке. (Между прочим, на эту же позицию в тот же год претендовал другой мой знакомый).

И захотелось мне посмотреть, как Минг поживает в Оберне, зашел на сайт его группы. Поживает неплохо. После “индукционного периода” в пару лет они разогнались и уже опубликовали 15 статей, в основном в Org. Lett. Пресловутой diversity, правда, пришлось пожертвовать: группа пока состоит из пяти китайцев. Для Алабамы весьма достойный результат: если получит грант, то получит и теньюр в следующем году.

Я вспомнил другого своего солабника по группе Хартвига – непальца Рамеша Гири, который в тот же год, когда я был в Беркли, подавал на профессора и попал в Университет Нью-Мексико. Я даже к нему заезжал туда в декабре 2012 года, расспрашивал о первых впечатлениях. Он тоже набрал себе группу непальцев и серьезно взялся за публикации, которых выпустил уже 28 штук (в том числе в JACS и ACIE), и недавно я обнаружил, что он пошел на повышение и профессорствует уже в Penn State, а это универ на ступень выше, чем Нью-Мексико.

Соглашаясь профессорствовать в университетах “квадратного штата”, многие мечтают, как переведутся потом в какой-нибудь условный калтех. Не всем удается, но Рамешу, я считаю, удалось, и я за него рад. Когда мы были в группе Хартвига, он как ученый и руководитель был намного выше меня, поэтому ничего удивительного в его академическом росте нет. Но он и старше меня на 6 лет.

Минга и Рамеша роднит то, что в своей независимой карьере они решили продолжать разрабатывать те темы, над которыми работали во время своих PhD, а не те проекты, которые делали на постдоке у Хартвига. И темы на PhD у них были весьма прибыльные: как в плане публикаций, так и в плане цитирований. Можно много вариантов реакций и катализаторов предлагать, и много ученых в этих областях публикуется.

Вот тут я задумался: я в аспирантуре занимался карбен-боранами. Тема тоже была прибыльная с точки зрения публикаций (у меня их 11; у Рамеша на PhD – 17, у Минга – 20) и цитирований, львиную долю которых я получил после ухода из академии. Когда на грин-карту подавал, у меня их было 189, а сейчас почти на тысячу больше:

Но я потому и согласился делать с Хартвигом “биологический” проект, что абсолютно не верил в то, что с карбен-боранами смогу прорваться в профессора, а тем более получить под это дело гранты. Да мне самому они надоели. Цитирования цитированиями, но практического применения ни в академии, ни в индустрии они не нашли (и не найдут). Но если бы меня вдруг занесло в профессора в провинциальный универ, то с большой вероятностью я бы поступил точно так же, как и Минг с Рамешем: набрал бы русских постдоков и аспирантов и варил бы с ними карбен-бораны. Может, короткие полные синтезы делал. Надо же что-то публиковать: мне – для грантов и теньюра, моим студентам – для диссертаций.

А вот “больших идей” в химии у меня как не было тогда, так не появилось за все эти годы. Помню, как с другим русским постдоком в группе Хартвига мы обсуждали проблемы возникновения гомохиральности в живых организмах. Алексей Сергеев стал профессором (lecturer) в университете Ливерпуля в том же году, когда Рамеш начал в UNM. Алексей делал свой первый постдок в Европе и хотел туда вернуться.

За его успехами я тоже слежу, у меня даже alert в Google Scholar на его новые статьи остался. Но за эти 7 лет он опубликовал всего три статьи (зато две из них в JACS и ACIE). Он решил попробовать заняться “своей” химией, не продолжать то, что он делал на PhD или постдоке. Химия у него получилась красивая – иридиевый комплекс вставляется в бензольное кольцо – но мало кому интересная, судя по числу цитирований. Я не считаю, что это плохой результат. Двух аспирантов он защитил, гранты получает, преподает. Надо сделать поправку на то, что он в Ливерпуле получил очень мало денег вначале (подозреваю, что раз в 10 меньше, чем дали Рамешу в Нью-Мексико). И вообще британская академическая система мне плохо знакома. Насколько там важно публиковаться. Есть ли возможность взять студентов и постдоков не из Евросоюза. Но то, что в США у профессоров больше денег – факт. А потому все результаты надо пересчитывать на размер научной группы.

У самого Джона Хартвига тоже все хорошо. В 2019 году ему и Баквальду выдали Wolf Prize in Chemistry, а оттуда до Нобеля один шаг. С интересом прочитал интервью с ним в Chemistry World по этому поводу. На словах “At the same time, San Francisco is nearby, and there’s lots we do in the city, like music and theatre and other cultural events. We’ve gone to many operas over the years. Verdi’s are the best of course.“ я даже задумался – не могли ли мы с ним там пересечься. Мы же тоже были в SF Opera несколько раз за последние годы. Вряд ли. Да и не узнал бы он меня. Предложи он мне в 2012 году другой, более подходящий под мои скиллы, проект, мы бы с ним явно опубликовали статью и расстались бы в лучшем настроении.

Джону Хартвигу повезло в начале своей академической карьеры опубликовать ряд работ по реакции, которая сейчас носит имя Buckwald–Hartwig. И вот это пример если не “большой идеи”, то практической пользы. Реакция применялась бесчисленное множество раз в синтезе лекарств и природных соединений. Вот это, пожалуй, уровень, на который я готов был бы ориентироваться, если бы пошел в академию. А карбен-бораны при всей их публикабельности никому не нужны.

В конце прошлого года мой PhD руководитель Деннис Карран разослал бывшим членам группы традиционное рождественское письмо, в котором сообщил, что после 38 лет профессорства решил закрыть исследовательскую группу. Выпустил последнего, 100-го аспиранта, опубликовал 500-ую статью и 100-ую статью в JACS. Пора играть с внуками и на укулеле. Ссылку в подписи он теперь дает не на сайт группы, а на статью о себе в Wikipedia (карбен-бораны там не упомянуты).

Продуктивная карьера. И простая математика показывает, что не могли все его аспиранты стать профессорами. Иначе бы через несколько поколений все люди на Земле стали бы профессорами химии. Каррана я считаю великим профессором и своим главным учителем в химии, но не покидает меня мысль, что как ученый Хартвиг выше Каррана. Реакция Баквальда–Хартвига останется, а будет ли кто-то применять радикальную или fluorous химию, разработанную Карраном, через сто лет, я не знаю. Так и останется он в истории как “автор более 500 научных трудов”. Я всегда считал, что это минимальнейшая планка, на которую должен ориентироваться ученый. Уж производить публикации – не великая наука. И если это все, что я могу сделать в науке, то не надо мне ей заниматься. Но об этом будет мой следующий пост.