Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Исторические аспекты развития органической химии. Учебное пособие
.pdf
3 История открытия важнейших органических соединений
Аминокислоты
История химии аминокислот связана с тремя открытиями. В 1806 г. открыли
первое аминокислотное производное – амид аспарагин. В 1810 г. открыли первую
аминокислоту – цистин, которая была выделена из объекта небелковой природы –
мочевых камней. В 1820 г. аминокислота глицин впервые выделена из белкового
гидролизата.
В 1896 г. французские химики–органики Луи Никола Воклен и Пьер Жан
Робике занимались исследованиями состава сока некоторых растений. Из сока
спаржи им удалось выделить белое кристаллическое вещество, которое они назвали
аспарагин. Аспарагин стал первой аминокислотой, которую выделили из природных
объектов.
Первая аминокислота – аспарагин – была открыта в 1806 г., последняя из
аминокислот, обнаруженная в белках, − треонин − была идентифицирована в 1938 г.
Аминокислоты имеют индивидуальное тривиальное название, иногда его связывают
с источником выделения. Например, аспарагин впервые обнаружили в аспарагусе
(спарже), глутаминовую кислоту – в клейковине пшеницы, глицин был назван так за
его сладкий вкус.
Анилин
В 1826 г. аптекарь по профессии, немец О. Унфердорбен впервые получил
вещество анилин. Занимаясь перегонкой индиго, Уинфердорбен смог выделить
маслянистое вещество, которое показало способность к образованию
кристаллических солей с серной и фосфорной кислотами, он дал название этому
соединению – «кристаллин».
Его соотечественник, химик Ф. Рунге, получил это же соединение, в
результате сухой перегонки каменноугольной смолы. Он дал название этому
соединению «кианол» от греческого «кианос» – лазурный и латинского «олеум» –
61
масло, поскольку маслянистый продукт давал голубое окрашивание с раствором
хлорной извести.
В 1842 г. немецкий химик и ботаник, академик Петербургской АНК. Фрицше,
обрабатывая индиго горячей концентрированной щелочью, выделил антраниловую
кислоту. Кислота распадалась при нагревании на диоксид углерода и соединение,
содержащее азот, которое он назвал «анилином» от испанского названия индиго –
«анил».
В 1842 г. анилин был впервые синтезирован одним из выдающихся русских
химиков – Н. Н. Зининым. Правда, ученый назвал соединение, получившееся в
результате восстановления нитробензола сульфидом аммония, бензидамом. Но в тот
же год К. Фрицше смог установить идентичность анилина и бензидама, он же
определил брутто–формулу соединений C6H7N.
А в 1843 г. немец А. Гофман провел исследование и сравнил «бензидам»,
полученный Зининым, «анилин» Фрицше и «кианол» Рунге, после чего определил,
что все три соединения являются полностью идентичными.
Синтез анилина имел большое значение для химической науки и
промышленности. «Если бы Зинин не сделал ничего более, кроме превращения
нитробензола в анилин, то его имя и тогда осталось бы записанным золотыми
буквами в истории химии» – эти слова крупнейшего немецкого химика А. Гофмана,
одного из создателей промышленности красителей в Германии, подтверждают
большое значение открытия Зинина. За прошедшее столетие справедливость этих
слов выдержала испытание временем: синтез анилина, а также других
ароматических аминов по тому же методу, который в литературе называется
реакцией Зинина, на несколько десятилетий определил направления развития
органической химии и стал основой отрасли промышленности по созданию
синтетических красителей. Открылась уникальная возможность получения дешевых
и доступных красящих веществ – для текстильной продукции, бумаги, кожи и
других материалов.
Английский химик У. Перкин организовал промышленное производство
первого синтетического красителя мовеина. Мовеин, в свою очередь, образуется при
62
взаимодействии анилина с бихроматом калия. После чего, в 1856 г. французский
химик А. Бешан создает полупромышленное производство анилина. Ученые
получали анилин путем восстановления сырого нитробензола железом в уксусной
кислоте. Позднее, уксусную кислоту стали заменять соляной кислотой.
Производство анилина в промышленном масштабе было организовано в
1866г. шотландским химиком А. Купером. Анилин получали из очищенного
нитробензола по схеме А. Бешана.
В 1872 г. русский ученый М. М. Зайцев открыл реакцию восстановления
нитросоединений водородом в присутствии катализаторов. Превращение
нитробензола в анилин было осуществлено путем пропускания смеси паров
нитробензола и водорода над палладиевой чернью, которая была помещена в
стеклянную трубку, нагретую до 150 ºС.
В начале XX в. французские химики П. Сабатье и Ж. Сандеран показали, что и
другие металлы, которые имеют большую удельную поверхность, например,
получаемые восстановлением их оксидов при нагревании в струе водорода,
оказываются эффективными катализаторами восстановления нитробензола в
анилин. Однако, прежде чем процесс газофазного восстановления нитробензола
реализовали в промышленности, прошло пол века. С середины 1950–х гг. получение
анилина каталитическим восстановлением нитробензола водородом занимает
прочное место среди промышленных методов синтеза анилина, а к началу 1960–х гг.
этот способ почти повсеместно вытесняет другие известные методы.
Антибиотики
Сложно представить сейчас, что такие заболевания как пневмония, туберкулёз
всего 80 лет назад означали смертный приговор для пациента. Действенных
лекарственных средств против инфекций не было, и люди умирали тысячами и
сотнями тысяч. Ситуация становилась катастрофичной в периоды эпидемий, когда в
результате вспышки тифа или холеры гибло население целого города.
Сегодня в каждой аптеке антибактериальные препараты представлены в
широчайшем ассортименте, а вылечить с их помощью можно даже такие болезни,
как менингит и сепсис (общее заражение крови). Далёкие от медицины люди редко
63
задумываются о том, когда изобрели первые антибиотики, и кому человечество
обязано спасением огромного количества жизней. Ещё труднее представить, как
лечили инфекц.ионные болезни до этого революционно.го открытия.
Врачи и исследователи от.мечали низкую эффективность антисептиков в
отношении возбудителей, проникших глубоко в ткани. Кроме того, действие
лекарств ослаблялось биологическими жидкостями пациента, и было коротким.
Требовались более действенные препараты, и учёные всего мира активно работали в
данном направлении.
Явление антибиоза (способности одних микроорганизмов уничтожать другие)
было открыто в конце 19 столетия.
В 1887 г. один из основоположников современной иммунологии и
бактериологии – всемирно известный французский химик и микробиолог Луи
Пастер – описал губительное действие почвенных бактерий на возбудителя
туберкулёза.
Опираясь на его исследования, итальянец Бартоломео Гозио в 1896 г.
получил в ходе экспериментов микофеноловую кислоту, ставшую одним из первых
антибактериальных средств.
Чуть позже (в 1899 г.) немецкие врачи Эммерих и Лов открыли пиоценазу,
подавляющую жизнедеятельность возбудителей дифтерии, тифа и холеры.
А ранее – в 1871 г.– российские врачи Полотебнов и Манассеин обнаружили
губительное действие плесневых грибов на некоторые болезнетворные бактерии и
новые возможности в терапии венерических заболеваний. К сожалению, их идеи,
изложенные в совместном труде «Патологическое значение плесени», не обратили
на себя должного внимания и на практике широко не применялись.
В 1894 г. И. И. Мечников обосновал практическое использование
кисломолочных продуктов, содержащих ацидофильные бактерии, для лечения
некоторых кишечных расстройств. Это позднее подтвердили практические
исследования русского учёного Э. Гартье.
Тем не менее, эпоха антибиотиков началась в 20 веке с открытия
пенициллина, положившего начало настоящей революции в медицине.
64
Имя Александра Флеминга известно из школьных учебников биологии даже
далёким от науки людям. Именно он считается первооткрывателем вещества с
антибактериальным действием – пенициллина. За неоценимый вклад в науку в 1945
г. британский исследователь получил Нобелевскую премию. Интерес для широкой
публики представляют не только подробности сделанного Флемингом открытия, но
и жизненный путь учёного, а также особенности его личности.
Не секрет, что многие важные открытия были сделаны случайным образом.
Однако для исследовательской деятельности Флеминга фактор случайности имеет
особое значение. Еще в 1922 г. он совершил свое первое значительное открытие в
области бактериологии и иммунологии, простудившись и чихнув в чашку Петри с
посевами болезнетворных бактерий. Через некоторое время ученый обнаружил, что
в месте попадания его слюны колонии возбудителя погибли. Так был открыт и
описан лизоцим – антибактериальное вещество, содержащееся в слюне человека.
Не менее случайным образом мир узнал и о пенициллине. Здесь нужно отдать
должное халатному отношению персонала к санитарно-гигиеническим требованиям.
То ли чашки Петри были плохо вымыты, то ли споры плесневого гриба были
занесены из соседней лаборатории, но в результате на посевы стафилококка попал
Penicillium notatum. Еще одной счастливой случайностью стал длительный отъезд
Флеминга. Будущего изобретателя пенициллина месяц не было в госпитале,
благодаря чему плесень успела вырасти.
Вернувшись на работу, ученый обнаружил последствия неряшливости, однако
не стал сразу выбрасывать испорченные образцы, а пригляделся к ним
внимательнее. Обнаружив, что вокруг выросшей плесени колонии стафилококка
отсутствуют, Флеминг заинтересовался этим явлением и начал изучать его детально.
Ему удалось определить вещество, вызвавшее гибель бактерий, которое он
назвал пенициллином. Понимая важность своего открытия для медицины, британец
посвятил более десяти лет исследованиям этого вещества. Были опубликованы
работы, в которых он обосновывал уникальные свойства пенициллина, признавая,
однако, что на данной стадии препарат непригоден для лечения людей.
65
Пенициллин, полученный Флемингом, доказал свою бактерицидную
активность в отношении многих грамотрицательных микроорганизмов и
безопасность для людей и животных. Тем не менее, препарат был нестабилен,
терапия требовала частого введения огромных доз. Кроме того, в нем
присутствовало слишком много белковых примесей, дававших негативные
побочные эффекты. Эксперименты по стабилизации и очистке пенициллина велись
британским ученым с тех пор, как самый первый антибиотик был открыт и вплоть
до 1939 г. Однако к положительным результатам они не привели, и Флеминг
охладел к идее использования пенициллина для лечения бактериальных инфекций.
Второй шанс, открытый Флемингом пенициллин получил в 1940 г.
В Оксфорде Говард Флори, Норман У. Хитли и Эрнст Чейн, объединив свои
познания в химии и микробиологии, занялись получением пригодного к массовому
использованию препарата.
Около двух лет потребовались на то, чтобы выделить чистое действующее
вещество и испытать его в клинических условиях. На этом этапе к исследованиям
был привлечен первооткрыватель. Флемингу, Флори и Чейну удалось успешно
вылечить несколько тяжелых случаев сепсиса и пневмонии, благодаря чему
пенициллин занял свое законное место в фармакологии.
В последующем была доказана его эффективность в отношении таких
заболеваний, как остеомиелит, родильная горячка, газовая гангрена,
стафилококковая септицемия, гонорея, сифилис и многих других инвазивных
инфекций.
Уже в послевоенные годы было выяснено, что пенициллином можно лечить
даже эндокардит. Эта сердечная патология ранее считалась неизлечимой и
приводила к летальному исходу в 100 % случаев.
Ацетилсалициловая кислота
В конце XVIII века был открыт салицин – элемент, ответственный за лечебное
воздействие отвара ивовой коры, обладавший мощным действием. Его стоимость
была высокая из–за сложности производства, а салициловая кислота имела сильный
побочный эффект – разрушала желудочно–кишечный тракт больного.
66
Гиппократ, живший приблизительно между 460 и 377 г. до н.э., оставил
исторические записи об обезболивании, в том числе с применением порошка из
коры и листьев ивы, который облегчал головную боль и лихорадку.
В 1838 г. итальянский химик Рафаэль Пириа впервые выделил салициловую
кислоту из ивовой коры.
В 1853 г. Шарль Герхардт нейтрализовал салициловую кислоту натрием
(салицилат натрия) и ацетилхлоридом, в результате получив ацетилсалициловую
кислоту. Продукт Герхардта действовал, но он отказался его продавать и забросил
свое открытие. После него ацетилсалициловая кислота была синтезирована
французским ученым Шарлем Фредериком Жераром в 1853 году, основой служила
все та же кора дерева ивы.
В 1859 г. профессор химии Герман Кольбе из Марбурского университета
раскрыл химическую структуру салициловой кислоты (C7H6O3), что позволило в
1874 году открыть первую фабрику по ее производству в Дрездене. В 1857 г. в
качестве жаропонижающего средства и для лечения ревматизма был применен
салицилат натрия.
В 1897 г. немецкий химик Феликс Хоффманн (рисунок 6) смог получить
ацетилсалициловую кислоту. Клинические испытания продолжались в течение
полутора лет.
Рисунок 6 – Портрет Феликса Хоффманна (1868 – 1946 гг.)
67
В соответствии с законами Германской империи того времени, химические
соединения нельзя было запатентовать, но разрешалось зарегистрировать
уникальный товарный знак. Поэтому для именования нового препарата придумали
слово "аспирин". "А" от "ацетила", "spir" − от латинского названия травы лабазник –
spirea, богатой салицином, "in" – как типичное окончание для слова, обозначающего
лекарственный препарат.
Сначала аспирин стали продавать в виде порошка, с 1904 г. – появился в
форме таблеток, а начиная с 1915 г. аспирин стали отпускать без рецепта. С 6 марта
1899 г. аспирин стал официальной торговой маркой компании Bayer (рисунок 7). И с
этого момента настала эра эффективных обезболивающих.
Рисунок 7 – Химическая лаборатория компании Bayer в 1900 г.
Открытие Феликса Хоффмана было основано на работах ученых–
предшественников – француза Шарля Герхардта и англичанина Олдера Райта [23].
Ацетон
Впервые ацетон открыл Андреас Либавий в 1595 году (рисунок 8). Он
обнаружил его во время сухой перегонки ацетата свинца.
Но это не являлось полноценным открытием, так как природу, химический
состав и формулу ацетона смогли установить только в 1832 г. ученые химики Жан–
Батист Дюма и Юстус фон Либих.
68
Рисунок 8 – Портрет Андреаса Либавия
До 1914 г. методом получения ацетона являлось коксование древесины. Но во
время Первой мировой войны на ацетон очень повысился спрос, так как он стал
выступать в роли важнейшего компонента производства бездымного пороха.
Именно этот факт стал толчком для создания более изящных способов производства
данного соединения. Сложно поверить, но начали получать ацетон из кукурузы, а
открытие данного способа в поддержку военных нужд принадлежит Хаиму
Вейцману, ученому–химику из Израиля.
Бензойная кислота
Самым обширным классом химических соединений считаются органические
вещества. Их многообразие связано с уникальной способностью углерода создавать
атомные цепочки, обладающие высокой стабильностью. Одним из представителей
органических соединений, имеющих в составе бензольное кольцо, является
бензойная кислота.
Своё название бензойная кислота получила благодаря природному
соединению, из которого впервые была выделена, – росному ладану. Этот процесс
описан Нострадамусом в 1556 г., а чуть позже французским алхимиком Блезом де
Виженером. Бензойная смола долгое время считалась единственным источником
синтеза карбоновой кислоты, за что её и прозвали росноладанной. Большой вклад в
исследование структуры и состава соединения внесли Ю. Либих и А. Кольбе.
В 1875 г. были изучены антисептические и антимикотические свойства бензойной
69
кислоты. Открытие принадлежит немецкому физиологу Э. Л. Зальковскому. Это
позволило применять реактив в медицине.
Бензол
В 1825 г. английский физик и химик Майкл Фарадей (рисунок 9) выделил
бензол из каменноугольной смолы.
Рисунок 9 – Портрет Майкла Фарадея
Открытие нового вещества не вызвало большого интереса, и лишь в 1834 г.
немецкий химик Э. Митчерлих, нагревая негашеную известь CaO с бензойной
кислотой C6H5COOH (она содержится во многих ягодах, в частности, в клюкве и
бруснике, и препятствует их гниению), получил неизвестную легкокипящую
жидкость с резким запахом. Анализ ее показал, что это соединение, которое получил
Фарадей.
Митчерлих назвал это вещество бензином, потому что получил соединение из
бензойной кислоты, но многие выступили против этого названия, так как суффикс
«–ин» указывает на присутствие в молекуле атомов азота, и поэтому предложили
заменить его суффиксом «–ол», исходя из маслянистости вещества (от английского
oil – «масло»), а соединение, соответственно, называть бензолом. Но однако это
название все равно было не корректным, таккак суффикс «–ол» уже стал атрибутом
спиртов (этиловый спирт – этанол). Споры о названии еще продолжались довольно
долго, в результате, вещество С6Н6 в английском языке получило название «бензен»
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]