СИНТЕТИЧЕСКАЯ ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Химики занимаются синтезом разнообразных веществ. Исследователи, работающие в лабораториях университетов и колледжей, а также в лабораториях, принадлежащих промышленности, непрерывно предпринимают усидия по синтезу новых соединений (таких; которые не были ранее получены) из веществ уже известных. Идет также поиск

синтетиских путей получения веществ, обнаруженных в природе. Это необходймо, когда выделение достаточных количеств таких веществ из природных объектов невозможно или слишком дорого.

Примерами синтезированных химиками веществ могут служить аспирин, бензоат натрия, полиэтиленгликольтерефталат (терилен). (Не старайтесь сейчас выучить эти названия. Запомните только, что перечисленные вещества были получены в лабораториях) Задача органика-синтетика — получать новые органические соединения, имеющие либо теоретический интерес (когда синтез проводят для проверки научной гипотезы), либо практическое значение (когда новое вещество призвано улучшать жизнь человека).

Для решения этой задачи химики располагают множеством различных методов построения углеродной цепи и замены функциональных групп молекулы (определение понятия функциональная группа см. на с. 47). Используя последовательность разнообразных реакций, синтетик может превратить доступные вещества в новые, ранее неизвестные соединения. Приступая к серьезному синтезу, исследователь должен хорошо разбираться во множестве имеющихся синтетических методов, информацию о которых он черпает из химических курсов, собственного опьпа и изучения химической литературы.

Конструирование соединений с заданными свойствами

Первый шаг в решении любой проблемы синтетической органической химии — разработка подхода к достижению цели. Этот подход может быть рассмотрен на примере типичной исследовательской программы-программы поиска новых лекарственных веществ для борьбы с судорогами при эпилепсии. Национальный Институт здравоохранения США принял такую программу, поскольку из примерно 15 применяемых препаратов часть вызывает нежелательные побочные явления, а часть недостаточно эффективна.

Химик, работающий над такой проблемой, должен прежде всего проанализировать строение известных противосудорожных веществ. Два наиболее употребительных среди них показаны ниже:

Заметим, что молекулы обоих этих соединений включают шестичленные циклы, образованные атомами углерода, и каждое из них содержит, кроме того, циклы, построенные с помощью атомов азота и атомов углерода, связанных двойными связями с атомами кислорода.

Химик, пытающийся синтезировать ранее неизвестные соединения, для которых можно предполагать проявление противосудо раненой активности, должен прежде всего выбрать структуру молекулы, которая обладала бы нужными свойствами, и найти метод синтеза эфто соединения. Попытка синтеза может оказаться успешной, но мосег быть и неудачной. Но даже в случае успеха синтезированное вещество может и не проявить противоэпилептических свойств.

Синтез выбранного соединения

Второй аспект проблемы синтеза - это выбор конкретных лабораторных методик для получения желаемого вещества.

Работа химика, как и любого исследователя, представляет собой творческий процесс, включающий элементы как научного знания, так и искусства. Хороший химик должен не только владеть суммой знаний и навыков, но и быть творческой личностью. Поэтому органики-синтетики отличаются друг от друга: одни имеют врожденные или развитые способности, а другие их не имеют (это справедливо почти для всех областей человеческой деятельности). Химика делает великим способность связать воедино отрывки информации, рассеянные в разных местах, и найти пути химических превращений, которых раньше никто не видел. Таким химиком был Р. Б. Вудворд из Гарвардскою университета, который вместе с Альбертом Эшенмозером (Швейцарский федеральный технологический институт) за 7 лет разработал 90-стадийный синтез витамина и смог получить в лаборатории препарат идентичный природному витамину

Биосинтез

Сравнительно новым и весьма перспективным методом получения органических веществ является биосинтез - область науки, где соприкасаются химия и биология. Биосинтез - это продуцирование нужных человеку веществ микроорганизмами. Сначала с помощью генной инженерии генетический аппарат микроорганизмов трансформируется таким образом, чтобы эти организмы продуцировали желательные нам вещества наряду с обычными продуктами жизнедеятельности:

Теоретически, таким образом, можно получить любое соединение. Реально, биосинтез бывает полезен, когда необходимо получить вещество сложной структуры и когда обычный химический синтез труден и дорог. Замечательным примером биосинтеза является создание фармацевтической фирмой Eli Lilly микроба, продуцирующего инсулин человека. Этот инсулин выпускается под названием Humulin. Он идентичен человеческому инсулину и не вызывает у больных диабетом аллергических осложнений, которые иногда возникают при применении бычьего иисулина.

Изучение свойств веществ

Изучение (или открытие) свойств новых соединений проводится с целью выявления их полезных качеств или из чисто научного интереса.

Какие-то интересные или полезные свойства вещества могут быть обнаружены и случайно, в процессе работы химика. Примерами свойств веществ являются способность аспирина снимать или уменьшать боль в человеческом теле, свойство некоторых солей алюминия — уменьшать потовыделение, свойство беизоата натрия - приостанавливать рост бактерий и плесени. Пример другого рода — эластичность и высокая температура плавления терилена. Можно говорить о физических свойствах (как вещества выглядят, какие имеют вкус и запах, химических свойствах (как взаимодействует вещество с другими соединениями) и физиологических свойствах (как действует вещество на живые организмы).

Теория

И наконец, последнее (по порядку, но ни в коем случае не по важности). Работа очень многих химиков направлена на достижение более глубокого понимания природы химических процессов. Только с помощью теории, объясняющей сущность и закономерности этих процессов, лежащих в основе работы всех химиков, можно развивать и создавать новые синтетические направления, методы анализа, промышленные процессы. Разработкой фундаментальных проблем занимаются в университетских лабораториях преподаватели и студенты старших курсов.