html текст
All interests
  • All interests
  • Design
  • Food
  • Gadgets
  • Humor
  • News
  • Photo
  • Travel
  • Video
Click to see the next recommended page
Like it
Don't like
Add to Favorites

Вице-президент РАН о синтетическом мире, в котором живет человек XXI века


Яромир Романов/Znak.com

Ельцин Центр запустил с этого года новую образовательную программу — «Открытые лекции РАН». Это цикл лекций по естественнонаучным отраслям знания от сотрудников Российской академии наук. Первым выступил вице-президент РАН, председатель УрО РАН академик Валерий Чарушин. Свою лекцию он посвятил органической химии. За какие открытия химики-органики удостаивались Нобелевских премий? В чем состоят принципы «зеленой химии»? Что такое молекулярные устройства и зачем они нужны? Попутно ответил на вопросы из зала, высказав свое мнение о прививках, БАДах, топливе из углекислого газа и о том, почему бессмысленно синтезировать героин.

Об уральской школе химиков-органиков

Я имею честь принадлежать к уральской школе химиков-органиков. Она создана в конце 1920-х — начале 1930-х годов академиком [Исааком] Постовским. Образование он получил в Германии, закончил высшую химическую школу в Мюнхене. Работал несколько лет в лаборатории Ганса Фишера, получившего Нобелевскую премию в 1932 году. В 1926 году Постовский возвращается в Россию и возглавляет кафедру органической химии при УПИ. Уже в 1936 году под руководством Постовского был создан первый отечественный антибактериальный препарат сульфидин, который сыграл огромную роль во время войны.

Сульфидин открывает огромный список препаратов, созданных уральской школой химиков-органиков: противотуберкулезный препарат ларусан, препарат-антидот сукцимер, противоопухолевые препараты. В последние годы усилия были сосредоточены на создании препарата триазавирин, который вошел в медицинскую практику в 2014 году.


Яромир Романов/Znak.com

Занимались не только лекарствами. В 1952 году Постовский и [Борис] Лундин удостоены второй Сталинской премии (первую Постовский получил в 1945 году за сульфидин, или «пасту Постовского» — Znak.com) за участие в атомном проекте и создание фторорганических соединений, применявшихся для обогащения урана. Удостоены уральцы специальной премией Совета министров СССР за разработку органических соединений с особыми свойствами. 

Из последнего, в 2015 году наш молодой коллега Дмитрий Копчук удостоен премии президента РФ (за разработку молекулярных сенсоров, получивших название «электронный нос» и служащих для обнаружения сверхнизких концентраций веществ, в том числе взрывчатых, в воздухе и растворах — Znak.com).  

ХХ век — век органического синтеза

Без органических материалов мы уже не можем представить свое существование. Когда я ходил в школу, мы писали деревянными ручками с металлическим пером. Сейчас мы пользуемся стержневыми авторучками и живем в эру пластических масс. Когда-то это все казалось чем-то невероятным, сегодня мы окружены полимерами. Одеваемся, используя полимерные материалы, под ногами у нас синтетические материалы, сверху, на потолке, синтетические органические материалы. Автомобиль до 25% состоит из них, самолет невозможно себе представить без композиционных материалов.

Типичный пейзаж Китая сегодня невозможно представить без солнечных батарей. В 2017 году Китай вышел на первое место по объему используемой солнечной энергии — 42 гигаватта. Эта мощность превышает совокупную мощность всех российских атомных и гидроэлектростанций вместе взятых. Но для того, чтобы солнечные батареи эффективно поглощали кванты и трансформировали их в энергию, необходимы органические сенсибилизаторы.


Яромир Романов/Znak.com

Кажется, что это все еще далеко от нашей повседневной жизни? Но уже сейчас мы начинаем пользоваться курточками, способными поглощать кванты и аккумулировать энергию. И чем дальше, тем всего этого будет больше и больше.

ХХ век можно назвать веком органического синтеза. Но наши представления об этом продолжают усложняться. Если на заре этой эпохи было представление о полимерах как об изоляторах, не проводящих электрическую энергию, то сегодня мы говорим о проводящих полимерах и эти устройства можно печатать на 3D-принтерах. 

Нобелевские премии как ключевые вехи органической химии. ХХ век 

Не буду анализировать весь ХХ век с точки зрения развития органической химии. Остановлюсь лишь на важнейших вехах, каждая из которых была отмечена Нобелевской премией.

Первая Нобелевская премия в области органической химии была присуждена в 1901 году [Якобу] Вант-Гоффу, который обратил внимание на особенность строения органических соединений — их хиральность. Он показал, что если атом углерода соединен с четырьмя другими заместителями, то его зеркальное отражение будет являться эвантиомером, имеющим другие свойства. Это открытие сыграло исключительную роль в ХХ веке при создании новых лекарственных препаратов.

1953 год — открытие структуры ДНК, сделанное молодыми физиками Фрэнсисом Криком и Джеймсом Уотсоном. Крику было немногим более 40 лет на тот момент. Интересно, как он пришел к открытию. С детства интересовался физикой, закончил в Лондоне университетский колледж, но затем попал в лабораторию знаменитого Нобелевского лауреата (за 1915 год по физике) Уильяма Брегга. Там Крику посоветовали заняться новой отраслью — биологией. Тогда это было совсем в диковинку. Есть слова Крика: «Для того, чтобы перейти от физики к биологии, надо было практически заново родиться». Сегодня, после открытия ДНК, мы вступили в пост-геномную сферу. 

Следующее яркое событие — Нобелевская премия по химии 1965 года. Ее удостоен профессор Гарвардского университета Роберт Вудворт, которого в то время называли не иначе как «королем органического синтеза». Премию ему вручили с уникальной формулировкой: «За выдающийся вклад в искусство органического синтеза». Фактически он продемонстрировал, что в научной лаборатории можно сделать то, что делает живая природа. Он сделал синтез хинина, хлорофилла, стрихнина — целого семейства сложных соединений. Подчас это были очень громоздкие и трудоемкие синтезы, но это было начало сложного органического синтеза, которым мы оперируем сейчас.

В 1987 году Нобелевской премией был удостоен Жан-Мари Лен, исследователь из Франции, который положил основу нового направления – супрамолекулярной химии. Пример самоорганизующейся материи — двойная спираль ДНК. Принцип такой: закручиваются две молекулы и удерживаются множеством связей, каждая из которых является нековалентной, слабой. В данном случае сообщество слабых связей становится сильным, ковалентным. Что сделал Лен? Он взял неорганический катион и две органические молекулы в виде лиганда, и оказалось, что они склонны к самоорганизации — создают двойную спираль. Вообще, самоорганизация — это свойство материи. Это был полуорганический, полунеорганический аналог молекулы ДНК.

Следом Нобелевская премия 1990 года, которую дали родоначальнику так называемого ретроспективного анализа Элайасу Кори. Он показал, что любую сложную материю можно расщепить, делая шаг за шагом назад. Вернуть материю к исходным веществам и воспроизвести ее в обратном порядке. Это выдающийся вклад в методологию органической химии, который сейчас мы используем повседневно. 

Пример тому — синтез таксола. Это вещество, которое выделяют из тиса, дерева, произрастающего в Южной Америке. Таксол является эффективным противоопухолевым средством, но, чтобы получить его достаточное количество (концентрация таксола в грамме коры тиса не превышает 0,001% — Znak.com), надо вырубить все тисовые леса. Поэтому перед химиками была поставлена задача синтезировать вещество, и с этим удачно справились, используя метод Кори.

В 1996 году Нобелевскую премию по химии дали за фуллерены. Это открытие сделали Роберт Кёрл, Харольд Крото и Ричард Смолли. Фуллерен — вещество, состоящее из 40 атомов углерода, чистый углерод-углерод, никакого водорода. Диаметр молекулы вещества 1 нанометр. Чем оказались так интересны фуллерены? Они оказались интересными с точки зрения познания возможностей органического синтеза. 

Фуллерен чем-то похож на футбольный мяч. Возник вопрос — можем ли мы в этот мяч поместить другую молекулу, например какого-то металла или водорода? Оказалось, что это возможно, и появилось такое понятие, как молекулярные операции. Этот «мяч» можно расширить и под давлением закачать водород. Для этого, правда, требуется огромное давление — 180 атмосфер. Но соединения, которые получаются, обладают уникальными свойствами. Фактически это контейнеры.

Уже позднее появились углеродные нанотрубки и другие компоненты, которые теперь широко используются в композиционных материалах для создания авиатехники, космической техники, в машиностроении. 

Органическая химия ХХI века

Если мы говорим о ХХI веке, то первое важнейшее открытие в самом его начале принадлежит японцу Редзи Ноери (нобелевский лауреат 2001 года — Znak.com). Они обратили внимание на важность асимметрического катализа. Используя сложные соединения с рутением, они называются BINAP, получают сложные соединения с той или иной пространственной конфигурацией. Один из примеров, который приводил в нобелевской лекции сам Ноери, посвящен синтезу левофлоксацина. Это антибактериальное лекарство, которое сейчас широко используется по всему миру. Его синтез многостадийный, нужно выполнить более 10 стадий. Но основное, что необходимо иметь, это специальный строительный блок. Чтобы сделать этот строительный блок, Ноери предложил использовать BINAP-катализатор.

Следующее важное открытие ХХI века — это проводящие полимеры. До этого считалось, что полимерные соединения не проводят электрический ток, то есть являются изоляторами. Но оказалось, что, если мы создадим в органическом соединении цепочку из конденсированных атомов, то получим фрагмент, который будет проводящим. Эти соединения, конечно, нельзя сравнивать с металлами, они попадают в разряд полупроводников. Тем не менее они дали начало молекулярной электронике и созданию молекулярных устройств, за которыми, я уверен, будущее. 


Craig Lovell/Global Look Press

Уже сейчас, используя возможность органического синтеза, мы можем создать проводящий элемент размерами около семи нанометров с ответвлениями на концах, выполняющими роль изоляторов. Это настоящие молекулярные провода. Развивая технологию, можно создавать молекулярные переключатели, когда под действием видимого света идет одно превращение, под действием, допустим, ультрафиолета — обратное.

В 2005 году Нобелевскую премию по химии получил Роберт Граббс, создавший «катализаторы Граббса». Грубо говоря, он продел в ушко иголки, роль которого выполняла циклическая молекула, ниточку — незамкнутую молекулу. Развили это направление нобелевские лауреаты 2010 года американец Ричард Хек и японцы Акире Судзуки, Эйити Негиси, разработавшие технологию кросс-сочетаний с помощью палладиевых катализаторов. Но что это такое, проще понять, когда мы будем говорить о нобелевских лауреатах по химии 2016 года. Это Жан-Пьер Соваж, Бернард Феринга и Фрезер Стоддарт, получившие ее за создание молекулярных машин. 

Здесь надо вспомнить о катенанах (сцепленные механически соединения, состоящие из двух или более циклических молекул— Znak.com) и ротаксанах (соединение из молекулы гантелевидной формы и циклической молекулы, «надетой» на неё — Znak.com). Механизм такой: через циклическое соединение продёргиваем молекулу и на концах создаем объемные группы, чтобы эта «ниточка» не могла выскользнуть. Что из этого? Зная эту технологию, мы можем создавать молекулярные мышцы, то есть молекулярные машины. Фактически, если мы возьмем два ротаксана и найдем способ передвигать их вдоль линейных молекул, это и будет примером растяжения и сжимания, то есть принципом действия любой мышцы. Воздействуя светом и теплом, мы можем управлять раскручиванием одной части молекулы – ротора относительно другой, находящейся в состоянии покоя, статора.

Это открытие 2014 года, то есть совсем свежее, но оно уже превратилось в отдельную отрасль знания, в которой работают армии исследователей.

Время «зеленой химии» 

Еще нобелевский лауреат Ноери обратил внимание на то, что в ХХI веке мы должны следовать принципам практической элегантности в органической химии и обращать внимание на то, как наши новые подходы влияют на окружающую среду. Принципов «зеленой химии» сейчас сформулировано около десяти. В целом она направлена на сокращение количества стадий, отходов при синтезе, на отказ от использования токсичных растворителей и снижение энергозатрат.

Важнейший принцип — рационального дизайна. Означает, что создание органической молекулы должно содержать как можно меньшее количество стадий и быть атом-экономным. Например, при создании молекулы левофлоксацина в классическом варианте необходимо пройти 10 стадий. Имея элементарное сырье, вы вводите атомы фтора, затем атомы галогена. Они нужны для того, чтобы реализовать дальнейшие химические реакции. Но в конечном продукте есть только один атом фтора. В таком случае вопрос — зачем нам вводить на стадии синтеза лишние атомы фтора и галогена? Не лучше ли, активизируя C-H связь (ковалентную полярную связь — Znak.com), вводить нужные заместители сразу и обойтись без нескольких стадий?


Dawid Tatarkiewicz/ZUMAPRESS.com/Global Look Press

На это уже обратили внимание исследователи нескольких стран. Появилось такое понятие, как «вдохновляющие реакции» — ситуация должна вдохновлять на поиск прямых путей синтеза. Могу сказать, что на Урале принципы «зеленой химии» используются активно. Недавно у нас была защищена докторская диссертация по новому методу синтеза левофлоксацина.

Фактически мы подошли к тому периоду, когда надо пересматривать всю логику органической химии. Вот, посмотрите, обложка одного из самых высокорейтинговых журналов «Зеленая химия» за 2017 год. На обложку вынесена схема нашего сотрудника Александра Щепочкина. На днях он защищает кандидатскую диссертацию. Щепочкин предложил модифицировать C-H связь электрохимическим методом, используя в качестве окислителя анод.

Еще один пример: недавно Президентская премия США была вручена компании Flexis. Именно за использование подходов «зеленой химии». Эта компания использовала метод нуклеотидного ароматического замещения для синтеза веществ, которыми пользуются все автомобилисты мира. Речь идет о так называемых антистарителях, которые вводятся в любую шину. Вся порочность химии ХХ века заключалась в использовании хлора. Работы Flexis показывают, что делать этого не надо, можно выполнять замещение атомов водорода другими методами. При этом органических отходов становится намного меньше и не используется растворитель.


* * *

Вопрос из зала: В чем проблема использования хлорных технологий?

Чарушин: Любой химик понимает, что абсолютно чистого вещества получить невозможно. Если вы используете хлорные технологии, то в конечном веществе у вас все равно останутся проценты этого вещества. Например, перед нашим институтом ставили задачу очистить от хлора взрывчатое вещество, используемое в ядерных боеприпасах. Наличие хлора приводит со временем к коррозии боеприпаса, и в данном случае это чрезвычайно опасно. Хлорные технологии использовали, потому что это, прежде всего, дешевые технологии, но надо помнить, что это грязные технологии.


Zamir Usmanov/Russian Look

Вопрос из зала: Как вы относитесь к прививкам, обязательно ли их ставить?

Чарушин: Я не являюсь доктором, но что такое прививка — это введение в ваш организм вакцины, которая несет в ослабленном виде инфекцию вирусного заболевания. Тем самым вы дрессируете свой организм, пытаетесь мобилизовать иммунный ответ, подготовив его к серьезной инфекции. С одной стороны, это хорошо. С другой стороны, вы привились от определенного штамма, и никто не знает, будет ли присутствовать именно этот штамм [во время эпидемиологического подъема] или какой-то другой. Если другой — вы привились вхолостую. На самом деле все зависит от вашего возраста, состояния организма и иммунной системы. Одно дело тренировать организм в 18 лет, другое — в 87. Вы рискуете в таком возрасте погубить свой организм. В любом случае перед вакцинацией необходимо пройти медицинский осмотр. Массовая вакцинация без индивидуального подхода не очень оправданна.

Вопрос из зала: Сейчас активно развиваются технологии математического моделирования и инвитро, почему в таком случае продолжают использоваться негуманные методы испытания новых лекарств на животных и людях? 

Чарушин: Сегодня методы математического моделирования используются широко и при создании лекарства. Но по тому регламенту, который принят и у нас в стране и в международном сообществе, предполагается цикл фаз физического исследования. Необходимо показать, что препарат безвреден или, по крайней мере, не обладает высокой токсичностью. Это подразумевает несколько фаз клинического исследования, в том числе не только на животных, но и добровольцах из числа людей. Таковы правила.

Вопрос из зала: Все ли природные вещества сейчас научились синтезировать?

Чарушин: Есть один пример, и нет, наверное, ничего страшного, если я его приведу сейчас. Что такое героин? Это ацетилированный морфин. Если вы попытаетесь его синтезировать самостоятельно, если бы это было разрешено, конечно, то потратите колоссальные усилия. Это сложнейший синтез с многочисленными стадиями. Зачем тратить такие усилия, если вы его можете выделить из растений? Стадии ацетилирования увеличивает его потенцию в 10 тыс. раз. Зря, конечно, я о героине. Другой пример — кодеин. Нет ничего лучше против кашля, чем этот препарат. Там также основа выделяется из природных растений, а затем производится метилирование. Точные ссылки, как он производится, давать, конечно, не буду.


Alexander Legky / Global Look Press

Вопрос из зала: ООН отмечает, что мировых запасов нефти хватит только на 50 лет. Но вся наша химия сейчас основана на использовании нефтяного сырья, не растительного. Стоит сейчас какая-то задача перед РАН по переходу на синтез из растительного сырья?

Чарушин: Вопросами заменой углеводородного сырья РАН занимается. СО2, углекислый газ, это потенциальный источник сырья или не источник? Его можно легко превратить в метанол и потом в диметиловый эфир. Это одна из работ, которую мы ведем по заданию Газпрома. В лаборатории такая возможность показана. Речь идет об использовании горячего СО2, выбрасываемого на  газоперекачивающих станциях, и превращении его в дизельное топливо. Но я совсем не верю в прогнозы скорого исчезновения углеводородного сырья. Громадные запасы расположены в Арктике, и до них еще не добрались. Кроме того, мир углерода вообще еще не исследован до конца. 

Вопрос из зала: Что вы скажете о биологически активных добавках и супер-БАДах?

Чарушин: Они потому так и называются, потому что не прошли набор тестов, который необходим для присвоения этим веществам статуса лекарственного средства. Вы можете сейчас выделить экстракт из любого природного источника — ягод, растений. Можно даже взять опилки и выделить бетулин, назвав это БАДом. Такой БАД может повышать тонус организма. Но никто не провел его клинических исследований на предмет эффективности и безвредности для организма. Проще говоря, это непроверенные средства. Вы можете их употреблять на свой страх и риск, но врачами они не рекомендованы. Понятно, что в природе огромное количество лекарственных растений. Это все используется в народной медицине. Но вопрос — какой использовали растворитель для экстракта? Продаются настойки, но кто проверил качество спирта, использованного для экстракции, и чего в этой настойке больше — пользы или вреда?

Читать дальше
Twitter
Одноклассники
Мой Мир

материал с znak.com

1

      Add

      You can create thematic collections and keep, for instance, all recipes in one place so you will never lose them.

      No images found
      Previous Next 0 / 0
      500
      • Advertisement
      • Animals
      • Architecture
      • Art
      • Auto
      • Aviation
      • Books
      • Cartoons
      • Celebrities
      • Children
      • Culture
      • Design
      • Economics
      • Education
      • Entertainment
      • Fashion
      • Fitness
      • Food
      • Gadgets
      • Games
      • Health
      • History
      • Hobby
      • Humor
      • Interior
      • Moto
      • Movies
      • Music
      • Nature
      • News
      • Photo
      • Pictures
      • Politics
      • Psychology
      • Science
      • Society
      • Sport
      • Technology
      • Travel
      • Video
      • Weapons
      • Web
      • Work
        Submit
        Valid formats are JPG, PNG, GIF.
        Not more than 5 Мb, please.
        30
        surfingbird.ru/site/
        RSS format guidelines
        500
        • Advertisement
        • Animals
        • Architecture
        • Art
        • Auto
        • Aviation
        • Books
        • Cartoons
        • Celebrities
        • Children
        • Culture
        • Design
        • Economics
        • Education
        • Entertainment
        • Fashion
        • Fitness
        • Food
        • Gadgets
        • Games
        • Health
        • History
        • Hobby
        • Humor
        • Interior
        • Moto
        • Movies
        • Music
        • Nature
        • News
        • Photo
        • Pictures
        • Politics
        • Psychology
        • Science
        • Society
        • Sport
        • Technology
        • Travel
        • Video
        • Weapons
        • Web
        • Work

          Submit

          Thank you! Wait for moderation.

          Тебе это не нравится?

          You can block the domain, tag, user or channel, and we'll stop recommend it to you. You can always unblock them in your settings.

          • znak.com
          • домен znak.com

          Get a link

          Спасибо, твоя жалоба принята.

          Log on to Surfingbird

          Recover
          Sign up

          or

          Welcome to Surfingbird.com!

          You'll find thousands of interesting pages, photos, and videos inside.
          Join!

          • Personal
            recommendations

          • Stash
            interesting and useful stuff

          • Anywhere,
            anytime

          Do we already know you? Login or restore the password.

          Close

          Add to collection

             

            Facebook

            Ваш профиль на рассмотрении, обновите страницу через несколько секунд

            Facebook

            К сожалению, вы не попадаете под условия акции