17. ОСНОВЫ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Развивающиеся страны нуждаются в собственных химиках

Развивающиеся страны не смогут покончить с бедностью до тех пор, пока они не начнут как следует использовать свои природные ресурсы, а это в свою очередь потребует от них уделить больше внимания подготовке собственных специалистов-химиков.

Четыре пятых всех ученых и инженеров в мире работают в Европе, СССР и Северной Америке, хотя в этой части планеты проживает лишь пятая часть ее населения. Согласно оценкам Центра исследований научной политики при университете графства Суссексе (Великобритания), менее 1% исследовательской деятельности, проводимой в развивающихся странах, направлено на улучшение их благосостояния, а половина этой деятельности подчинена военным целям и родственной тематике. Чтобы изменить столь сильное неравновесие в научных исследованиях, странам третьего мира необходимо создать свой собственный научно-технический потенциал, особенно в области химии. Химия должна сыграть для третьего мира чрезвычайно важную роль в решении трех важнейших проблем: продовольственной, медицинской и экологической.

Страны третьего мира являются бедными по многим критериям: по состоянию их системы здравоохранения и системы образования, по средней калорийности питания их населения, по среднему доходу на душу населения, по валовому национальному продукту, а кроме того, и по уровню производства и потребления химических продуктов. По оценке Организации промышленного развития ООН (ЮНИДО), с 1960 по 1970 г. доля развивающихся стран в мировом химическом производстве возросла с 4,7% до 5,2%. За тот же период доля этих стран в мировом потреблении химических продуктов возросла с 7,2% до 7,6%. В расчете на душу населения потребление химических продуктов во всех развивающихся странах составляет приблизительно восьмую часть от среднего мирового уровня. Вместе с тем многие из этих стран богаты органическими и минеральными ресурсами. Например, 80% олова и 75% бокситной руды поступают в развитые капиталистические страны из стран третьего мира.

Многие химические знания, экспертные оценки и ресурсы, необходимые для решения насущных проблем третьего мира, существуют уже сегодня. Задача заключается в том, чтобы использовать эти ресурсы для решения имеющихся проблем и приспособить накопленные наукой знания к местным условиям, возможностям и ограничениям. Дело в том, что химические процессы, реализуемые на практике в странах с умеренным и холодным климатом, не всегда осуществимы в странах с жарким климатом.

Одной из важнейших нерешенных задач третьего мира является медицина. Тропические болезни причиняют страдания более 800 млн. людей, т.е. почти четвертой части населения планеты. Более 300 млн. людей страдает от филяриатозов (вызываемых филяриями-паразитами из группы кольчатых червей, переносчиками которых служат москиты-Перев.). Холера, желтая лихорадка, сонная болезнь, лейшманиоз и проказа распространены среди десятков миллионов людей в тропических странах. Однако до сих пор не разработаны эффективные способы лечения этих болезней.

Шистозоматозы - разновидности глистных заболеваний -охватывают приблизительно 400 млн. человек в Африке, Азии и Латинской Америке.

Исследования насекомых в одной из лабораторий Нигерии, проводимые для выяснения их способности распространять заразные заболевания.

Фильтрование образца мочи при исследовании на глисты-шистозомы в школьном здравпункте Занзибара.

Они вызываются глистами типа шистозомы (кровяная двуустка), зародыши которых развиваются, паразитируя в водяных улитках. В улитках происходит развитие и размножение зародышей шистозом, завершающееся выходом в воду хвостатых личинок. Последние способны проникать в организм человека через кожу. Ученые пытались подойти к решению этой проблемы со всех сторон, проводя разъясни-. тельную работу среди населения и повышая требования гигиены, а также предпринимая усилия для искоренения улитки, в которой размножаются глисты. В последнее время два бразильских ученых Отто Готтлиб. профессор химии из университета г. Сан-Паулу, и Вальтер Морс, специалист по химии природных соединений, стали исследовать возможности новою подхода: использования химических препаратов, предотвращающих проникновение личинок глистов через кожу человека. Одним из вешеств, на которые они обратили внимание в связи с этой проблемой, является лапахол и его производные; эти природные вещества встречаются в сердцевине некоторых тропических деревьев.

Между тем оказалось, что лапахол и его производные не только способны предотвратить заболевания шистозоматозами. но также препятствуют ненормальному делению клеток. Поэтому в Бразилии стали выпускать препараты лапахола в качестве средства медикаментозного лечения онкологических заболеваний, клинические испытания которого получили официальное разрешение. Последующие лабораторные эксперименты показали, что лапахол может помочь и в борьбе с хроническим заболеванием трипаносомозом (болезнь Шагаса), которое вызывается простейшими одноклеточными Trypanosoma cruzi. Эта разновидность сонной болезни поражает миллионы бразильцев.

Китайские ученые проделывают большую работу по исследованию лекарственных растений, особенно для лечения малярии. Они уже объявили о достигнутых успехах в этом направлении, сравнимых с получением хлорохина, лекарственного препарата, который широко применяется для лечения малярии. Новое лекарство называется чинг-хао-су. Его извлекают из полыни горькой, которую согласно древним китайским рукописям начали использовать для лечения малярии больше 1000 лет назад. Ученые из Института китайских медицинских препаратов при Академии народной китайской медицины впервые получили это лекарственное вещество в 1972 г. С этого времени китайские ученые проделали огромную исследовательскую работу и в частности показали, что кристаллическая структура этого вещества отличается от структуры других противомалярийных препаратов.

Африканские исследователи тоже проводят изучение экстрактов из лекарственных растений. В Нигерии Дональд Эконг, профессор химии из Ибаданского университета, занимался исследованием плодов ксилопии Xylopia aethiopica. Сушеные плоды этого магнолиевого растения во многих странах Африки применяются в народной медицине и акушерстве. Эконг сумел выделить из плодов этого растения новое природное соединение, ксилоповую кислоту. Публикация этой работы побудила ученых из Ганы исследовать противомикробную активность ксилоповой кислоты. Они обнаружили, что она обладает очень большой противомикробной активностью в отношении бактерий Staphylococcus aureus и Bacillus subtilis. а также грибкового организма Candida albicans, который является распространенным возбудителем мочеполовых инфекций.

Продовольственные проблемы развивающихся стран стоят не менее остро, чем проблемы здравоохранения. По оценкам ЮНФАО (организация при ООН по продовольственным продуктам и сельскому хозяйству), в мире страдают хроническим недоеданием около 450 млн. человек. По другим оценкам эта цифра достигает 1 млрд. человек. Сами масштабы этой проблемы показывают, что ее решения невозможно добиться путем импорта необходимого продовольствия, и его следует искать в тех самых странах, которые больше всего страдают от голода.

У развивающихся стран нет другого выхода, как создание собственной системы снабжения продовольствием. Но все те улучшения, которые оказывались эффективными в этом отношении до сих пор так называемые программы Зеленой Революции связаны с очень большими энергозатратами, так как они определяются развитием ирригации, производством удобрений и повышением уровня механизации. Подобные решения требуют также слишком больших затрат средств, которые недоступны многим неразвитым странам. Поэтому предстоит направить исследования в сторону таких методов ведения сельского хозяйства, которые не требуют больших капиталовложений и энергозатрат.

Новые направления исследований включают попытки повысить эффективность фотосинтеза растений, а также уменьшить зависимость сельского хозяйства от искусственных удобрений и химических пестицидов.

Одно из подобных исследований проводилось с сельскохозяйственным растением коровий горох (вигна Viyna unguiculat L. Walp), которое служит важным источником растительного белка в тропических странах. Это растение имеет низкую урожайность из-за осыпания цветков и частого опадания недозревших плодов. Химики Ибаданского университета провели анализ ростовых гормонов в коровьем горохе, чтобы определить, какую роль они играют в процессе отделения его плодов. Они установили, что в незрелых плодах содержатся только замедлители роста -абсциссовая кислота и ее метаболиты, тогда как в более зрелых плодах содержится значительное количество стимуляторов роста, принадлежащих к классу гибберели-нов.

В Ганском университете д-р Самюэль Сефа-Деде изучал способы повышения урожайности бобовых растений в тропических условиях. Одна из проблем, связанных с применением в пищу семян бобовых растений, состоит в том. что получение из них съедобной и вкусной пищи требует слишком длительной варки. Сефа-Деде исследовал способность семян бобовых растений к насыщению водой, пытаясь вывести такой сорт бобовых, который потребует меньшего времени для термической обработки. Исследования с помощью сканирующего электронного микроскопа показали, что бобы, подвергавшиеся длительному хранению, легко отдают белки при вымачивании, однако не отдают белки, если они хранились без вымачивания. В настоящее время д-р Сефа-Деде разрабатывает простой способ приготовления пищи с высоким содержанием белка из различных круп и бобовых растений.

Одним из перспективных источников энергии в жарких странах является водяной гиацинт и другие водяные сорные травы. Эти сорняки создают определенные сложности во многих странах, например в Бангладеш, Индии и Малайзии. Они затрудняют судоходство, мешают рыбоводству и ирригации. Больше всего неприятностей в этом отношении доставляет именно водяной гиацинт. В Индии это сорное растение переполняет до 25% всех обрабатываемых водоемов, а в некоторых штатах-до 40%. Возросшее применение удобрений на сельскохозяйственных угодьях приводит к еще большему обострению этой проблемы.

Прежние попытки бороться с этим сорным растением включали механическую очистку водоемов, разведение в них рыбы, которая поедает его, а также применение химических гербицидов. Однако ни одна из этих мер не принесла ощутимых успехов. Теперь исследователи стали рассматривать водяной гиацинт как полезное сырье. Высокая зольность водяного гиацинта позволяет использовать его для получения удобрений, а также превращать его в компост. Кроме того, водяной гиацинт стали исследовать как возможный корм для животных. Однако, как показали исследования, проводившиеся в Центральном институте технологии пищи

в Майсуре, хотя водяной гиацинт сравнительно богат белковым сырьем, извлекаемые из него белки характеризуются высоким содержанием нежелательных минеральных солей. Кроме белков химики извлекают из водяного гиацинта каротины, витамин А и гормоны. Они сумели также найти такие регуляторы роста, которые позволяют ускорять рост стеблей, препятствуя росту корневой системы водяного гиацинта. Ученые из Центрального института инженерной механики в Дургапуре (Индия) установили, что водяной гиацинт, содержащий 60-70% влаги, подвергается быстрой ферментации. При определенных условиях ферментация начинается через 2-3 дня после сбора урожая водяного гиацинта и позволяет через 15 -20 дней получать достаточное количество биогаза. Остающийся компост представляет собой ценное удобрение.

Из всего сказанного следует, что страны третьего мира никогда не смогут решить стоящих перед ними проблем, если они не будут развивать свой величайший ресурс - людской. Любая страна, желающая развивать собственное промышленное и сельскохозяйственное производство, а также создать высокий уровень благосостояния для своего населения, вынуждена прежде всего развивать у себя научное и техническое образование. Обеспеченность собственными научными и техническими кадрами является характерным признаком любой промышленно развитой страны, большой или малой. Долгосрочное и независимое развитие любой страны требует создания в ней собственной науки и техники, а не использования услуг посторонних специалистов.

М. Фримантл (New Scientist. 28.04.1983)

После изучения главы 17 вы сможете:

1) записать структурные формулы и назвать типичные

а) алифатические, алициклические, ароматические и гетероциклические соединения,

б) насыщенные и ненасыщенные углеводороды,

в) алканы, алкены и алкины,

г) первичные, вторичные и третичные амины и спирты;

2) записать систематические названия простейших органических соединений по их структурным формулам:

3) записать структурные формулы простейших органических соединений по их систематическим названиям;

4) сформулировать определение структурной изомерии и привести ее примеры;

5) назвать важнейшие функциональные группы органических соединений и записать их структурные формулы, а также назвать простейшие соединения, в которых содержатся эти группы;

6) объяснить смысл термина гомологический ряд;

7) записать названия, а также молекулярные и структурные формулы первых шести членов гомологических рядов а) алканов, б) спиртов, в) аминов;

8) описать общие физические свойства органических соединений и объяснить их с учетом природы химической связи;

9) описать важнейшие методы получения, идентификации и определения структуры органических соединений;

10) описать типичный характер химической связи и молекулярную структуру соединений углерода;

11) объяснить смысл термина конформация и привести примеры;

12) провести различие между структурными изомерами и стереоизомерами;

13) привести примеры геометрической изомерии и оптической изомерии;

14) объяснить смысл термина оптическая активность;

15) кратко описать устройство поляриметра и принцип его действия;

16) провести различие между гемолитическим и гетеролитическим разрывом связи;

17) провести различие между терминами карбанион и карбкатион;

18) перечислить все факторы, влияющие на реакционную способность органических соединений;

19) в письменной форме дать краткое описание следующих понятий:

а) индуктивный эффект; б) резонансный эффект, в) сопряженная система, г) стеринеское препятствие:

20) дать определение следующих понятий и привести примеры: а) нуклеофилы,

б) электрофилы;

21) привести примеры нуклеофильного замещения;

22) объяснить смысл терминов: реакция типа SNI и реакция типа

23) привести примеры а) электрофильного замещения, б) электрофильного присоединения, в) реакции отщепления (элиминирования).