На что способны химики

и
На что
способны химики
зучение химии, видимо, развивает
скрытые в человеке способности. Как
еще объяснить
то, что многие химики стали музыканта­
эЯСНИТЬТС
ми, писателями, политическими деятелями? Подробнее
об этом можно прочитать в статье академика Ю.А.Золотова «Химики, проявившие себя в других областях» («Хи­
мия и жизнь», 2001, № 9). Самый известный пример —
химик и музыкант А.П.Бородин. Менее известно, что аме­
риканский писатель А.Азимов (он опубликовал более 400
книг) — профессор биохимии. Профессиональным хими­
ком, автором 110 патентов был и первый президент Из­
раиля Хаим Вейцман. Так что, как остроумно заметил
Золотов, «широко простирают химики руки свои в дела
человеческие». Здесь же речь пойдет только о достиже­
ниях химиков в своей родной науке.
«Артистизм и элегантность» — так была названа статья,
посвященная гению органического синтеза Роберту Вудворду («Химия и жизнь», 1998, №4). Проведенные Вудвордом
в 40-70-е годы классические синтезы природных соедине­
ний—хинина, стрихнина, резерпина и особенно витамина
В12 —стали образцом искусства органического синтеза. А
вот новые достижения химиков-синтетиков. Известно, что
четыре разных заместителя у атома углерода придают мо­
лекуле асимметрию—хиральность. Самая маленькая хиральная молекула — метан, в котором три атома водорода
замещены на разные атомы галогена. Еще в 1893 году бель­
гийский химик Фредерик Свартс, один из пионеров в изу­
чении фторорганических соединений (его именем названа
реакция фторирования полигалогенпроизводныхтрифторидом сурьмы), синтезировал бромхлорфторметан. Однако по­
лученное соединение было оптически неактивным, так как
представляло собой рацемическую смесь «правых» и «ле­
вых» молекул CHBrCIF. Эту смесь сумели разделить мето­
дом газовой хроматографии только в 1996 году.
Самую легкую хиральную молекулу — дейтеротритиевое производное этана, CH3CHDT, сообща синтезирова­
ли в 1997 году восемь американских химиков. Сделано
это было не из праздного любопытства и тем более не в
погоне за рекордом (в последнем случае следовало бы
синтезировать производное метана, например CHDTLi):
это экзотическое вещество было нужно, чтобы изучать
механизм и стереохимию ферментативного окисления
этана до этилового спирта.
Хиральность молекулы может быть также связана с
ее жесткостью. Самая простая из таких молекул с «осе­
вой хиральностью» —дважды дейтерированный аллен
DHC=C=CHD, который был получен в 1997 году и мо­
жет иметь цис- или транс-форму. Максимальное же
число стереоцентров — 64 — содержится в синтезиро­
ванном в 1994 году коралловом яде палитоксине (его
структура приведена в № 7/8 за 2001 год). Достойно
упоминания, что теоретически такая структура может
существовать в виде 1,8 1019 (!) стереоизомеров и толь­
ко один из них (который и был синтезирован) соответ­
ствует природному токсину.
50
Не следует думать, что каждый подобный синтез тре­
бует проведения многостадийных реакций (Вудворд, на­
пример, упоминал о возможности 100-стадийном синте­
зе). Так, группа американских химиков, возглавляемая
И.Патерсоном, синтезировала в 1992 году молекулу с
четырьмя новыми стереоцентрами всего в две стадии:
сначала на кетон С2Н5СН(СН3)СОС2Н5 подействовали 2-метилпропеналем, а затем прогидрировали продукт реак­
ции. Таким образом, на каждый новый стереоцентр по­
требовалось всего «полстадии». Этот синтез — свиде­
тельство замечательных успехов химии в стереохимическом контроле химических реакций.
И все же «природные химики» — ферменты — пока ос­
таются вне досягаемости. Так, уже упомянутый полный
синтез витамина В12, проведенный Р.Вудвордом в США и
А.Эшенмозером в Швейцарии, потребовал 10 лет рабо­
ты почти 130 химиков. В 1994 году под наблюдением
А.И.Скотта и его сотрудников значительную часть этой
работы выполнили всего за 15 часов 12 ферментов: их
загрузили в колбу вместе с очень простым веществом —
5-аминолевулиновой кислотой H2NCH2COCH2CH2COOH.
Этот синтез является также рекордным по количеству
разных веществ, участвовавших в реакции. Если же ис­
ключить из рассмотрения ферменты, то самую «много­
компонентную реакцию» провели в 1993 году немецкие
1
2
САМОЕ, САМОЕ В ХИМИИ
химики А.Дёмлинг и И.Уги. Смешав в одной колбе семь
реагентов (NaSH, (CH3)2CBrCHO, (CH3)2CHCHO, (CH3)3CNC,
СН3ОН, NH3 и С0 2 ), они получили с выходом 43% произ­
водное 1,3-тиазолидина (формула 1). Достойно упоми­
нания, что подобные синтезы (только с меньшим числом
компонентов) Уги разработал еще в начале 60-х годов и
эти реакции носят его имя.
Химикам-синтетикам помогают в работе не только фер­
менты.
«Химия и жизнь» не раз писала о применении компью­
теров в химии (см., например, 1990, № 10). Одна из наи­
более показательных в этом плане работ была выполне­
на в 1992 году, когда компьютер предложил 72 так назы­
ваемые перициклические реакции синтеза сопряженных
диенов. Из этих реакций две оказались принципиально
новыми, и они были реализованы в лаборатории. В од­
ной из них циклический тритиокарбонат (формула 2) на­
грели с замещенным фосфином и получили почти со
100%-ным выходом 1,3-бутадиен (наряду с сероуглеро­
дом). Этот синтез считается первой осуществленной хи­
мической реакцией, которую «изобрел» компьютер.
Какие именные реакции имеют (на русском языке) са­
мые длинные названия? Справочник К.В. Вацуро и Г.Л.Ми­
щенко (М.: Химия, 1976) содержит описание 755 имен­
ных реакций, среди которых 16 названы именами сразу
треххимиков. Из них самые длинные (по 26
букв на русском языке) — это реакции Бюхнера — Курциуса — Шлоттербека (метиленирование альдегидов диазометаном) и ре­
акция Дарзана — Эрленмейера — Кляйзена
(конденсация альдегидов или кетонов с эфирами галогенкарбоновых кислот). Ровно
столько же букв и в названии реакции Лобри де Брюина — Ван Экенштайна (изомери­
зация Сахаров под действием оснований), в
котором присутствуют только две фамилии.
Шутки-шуткам и, а каково студентам, кото­
рые к экзамену по органической химии дол­
жны знать назубок не менее десятка имен­
ных реакций! Кстати, самые знаменитые из
таких реакций — это реакция Гриньяра (в
реферативном журнале «Chemical Abstracts»
она упоминалась почти 20 000 раз), реак­
ция Дильса-Альдера и реакция Виттига (со­
ответственно 13 000 и 12 000 упоминаний).
Неудивительно, что все четверо были в раз­
ное время удостоены Нобелевской премии
по химии.
Немало места в «Книге рекордов» уделе­
но ошибкам и заблуждениям химиков. На­
чинается этот раздел с забавного силлогиз­
ма: «Людям свойственно заблуждаться. Уче­
ные—люди. Следовательно, ошибаться —
научно». Честные ученые должны предвидеть
возможность ошибок в своей работе. В са­
мом деле, один из методов исследования так и называ­
ется — метод проб и ошибок. Ошибки бывают вызваны
как объективными, так и субъективными причинами. Здесь
мы не будем рассматривать так называемую «патологичес­
кую науку» (по определению И.Ленгмюра): различным про­
явлениям псевдонауки журнал посвятил немало публикаций
(см., например, 1992, № 6,8, 1990, № 11 и др.). Более инте­
ресны случаи ненамеренных ошибок, вызванных, например,
трудностями эксперимента, или неправильной его интер­
претацией, или недостатком данных. Примером может слу­
жить история с «модифицированной водой». Группа отече­
ственных ученых под руководством Б.В.Дерягина в течение
ряда лет публиковала результаты, свидетельствующие яко­
бы о новой форме «полимерной воды», которая обладает
удивительными свойствам: кипит при 300°С, имеет высокую
вязкость и т.д. (см. публикации на эту тему в «Химии и жиз­
ни», 1968 № 5 и 1969, № 12). Сначала результаты как будто
подтвердились в ряде зарубежных лабораторий, но затем
выяснилось, что «поливода» —это просто раствор приме­
сей. В этой связи интересно отметить, что Артур Адам сон,
автор изданного в США учебника физической химии, упо­
мянул Б.В.Дерягина в качестве примера ученого, честно и
открыто признавшего ошибочность своих прежних работ.
Более свежий пример—так называемый «холодный тер­
мояд» (с его историей также можно ознакомиться по жур­
нальным публикациям — 1990, №6, 1992, № 11, 2001, №9).
Конечно, самый известный пример заблуждений —это
знаменитая теория флогистона, разработанная в 1697
году немецким химиком и врачом Георгом Шталем. Не­
смотря на свою ошибочность, эта теория сыграла поло­
жительную роль в истории химии — именно благодаря
ей были объединены в единую науку разрозненные све­
дения о горении, коррозии, восстановлении металлов из
руд, взаимодействии кислот и щелочей и т.д. Интерес­
ный факт: преподаватель химии Дж.Скотт (США) опуб­
ликовал в 1952 году статью, в которой, используя фло­
гистон в качестве одного из «реагентов», записал урав­
нения ряда химических реакций и тем показал адекват­
ность теории флогистона, по крайней мере, с качествен­
ной точки зрения («Journal of Chemical Education», July,
1952). Фактически с теории флогистона началась совре­
менная химия.
И наконец, об одной ошибке в химическом анализе,
которая вызвала далеко идущие последствия. Многие
слышали о том, что шпинат очень полезен, так как богат
железом. Однако мало кто знает, что это утверждение
неверно; оно было вызвано тем, что при печатании ста­
тьи с данными химического анализа запятую случайно
сдвинули на одну позицию вправо. Соответственно ре­
зультат анализа был завышен ровно в десять раз. Веро­
ятно, это не единственная ошибка такого рода.
И.Леенсон,
по материалам книги
«Мировые рекорды в химии»
51