множества структурно-кинетических факторов: от строения реагентов до способов их смешивания, конструкции самого реактора и т.д.

4. Под эволюционными проблемами в химии понимают процессы самопроизвольного (без участия человека) синтеза новых химических соединений. Они привлекли внимание исследователей в 1970-е годы, так как в этом видится способ «освоить опыт лаборатории живого организма» и понимание, как из неорганической материи возникает органическая, а вместе с нею и жизнь. Первым ученым, осознавшим высокую упорядоченность и эффективность химических процессов в живых организмах, был основатель органической химии Й.Я. Берцелиус. Он установил, что основой лаборатории живого организма является биокатализ.

Для освоения каталитического опыта живой природы и реализации его в промышленном производстве химики наметили ряд перспективных путей.

1)Развитие исследований в области металлокомплексного катализа с ориентацией на соответствующие объекты живой природы.

2)Моделирование биокатализаторов на клеточном уровне.

3)Использование достижений химии иммобилизованных систем (суть которой в закрепление выделенных из живого организма ферментов на твердой поверхности), дает возможность ферментативно обезвреживать сточные воды.

4)Изучение всего каталитического опыта живой природы с перспективой создания аналогов живых систем.

Эволюционная химия

Эволюционная химия как научное направление оформляется во 2-ой половине XX века. До этого химию, в отличие от биологии, «происхождение видов» вещества не интересовало. Эволюционную химию можно считать как бы предбиологией – наукой о самоорганизации и саморазвитии химических систем.

Химики давно пытались понять, каким образом из неорганической материи возникает органическая как основа жизни на Земле.

И.Я. Берцелиус первым установил, что основой живого является биокатализ, т.е. присутствие различных природных веществ в химической реакции, способных управлять ею, замедляя или ускоряя ее протекание. Эти катализаторы в живых системах определены самой природой.

Для решения проблемы биокатализа и использования его результатов в промышленных масштабах химическая наука разработала ряд методов – это использование приемов живой природы, применение отдельных ферментов для моделирования биокатализаторов, освоение механизмов живой природы и другие.

Эволюционная химия главное место отводит проблеме «самоорганизации» систем. Как известно в процессе возникновения на Земле предбиологических систем шел отбор необходимых элементов для появления жизни и ее функционирования и из более 100 химических элементов, многие принимают участие в жизнедеятельности живых организмов, но только шесть составляют основу живых систем, они получили название органогенов. В состав биологически важных компонентов живых систем входят еще 12 элементов: натрий, калий, кальций, магний, железо, цинк, кремний, алюминий, хлор, медь, кобальт, бор. Еще 20 – участвуют в зависимости от среды обитания и состава питания.

79

Особая роль отведена природой углероду. Этот элемент способен организовать связи с элементами, противостоящими друг другу, и удерживать их внутри себя. Атомы углерода образуют почти все типы химических связей. На основе 6 органогенов и еще около 20 других элементов природа создала около 8 млн. различных химических соединений (96% из них органические соединения).

Для химической науки (и науки вообще) остается загадкой, как природа из такого огромного количества соединений образовала сложнейших высокоорганизованный комплекс – биосистему.

Выводы в этой связи таковы:

На ранних стадиях химической эволюции мира катализ отсутствовал (при температуре выше 5000 К), т. к. условия высоких температур, электрических разрядов и радиации препятствуют образованию конденсированного состояния.

Проявление катализа начинается при смягчении температурных условий и образовании первичных твердых тел (при температуре ниже 5000 К). Роль катализаторов возрастала по мере понижения температуры и приближении физических условий к земным.

Появление относительно несложных систем, как СН3ОН, СН2, НС, СН, Н2СО и др, а также оксикислот, аминокислот и первичных сахаров было некаталитической подготовкой старта для большого катализа.

Отбор активных соединений происходил в природе из тех продуктов, которые получились относительно большим числом химических путей, и обладали широким каталитическим спектром.

В 1969 г. появилась общая теория химической эволюции и биогенеза, выдвинутая ранее (1964 г.) А.П. Руденко (1925-2004) (МГУ), в этой теории осуществлен синтез двух подходов – «субстратного» и «функционального» - к проблеме самоорганизации предбиологических систем. Сущность этой теории состоит в том, что химическая эволюция представляет собой саморазвитие каталитических систем, следовательно, эволюционирующим веществом являются катализаторы. А.П. Руденко сформулировал основной закон химической эволюции: эволюционные изменения катализатора происходят в том направлении, где проявляется его максимальная активность.

Таким образом, и на этой стадии эволюции природы происходил отбор наиболее нужных ей веществ для создания живых организмов. Самопроизвольная автокаталитическая реакция в природе «служит делу эволюции, является как бы «орудием» отбора наиболее прогрессивных эволюционных изменений катализаторов. В этом смысле биокатализ с участием ферментов связан с проблемами биогенеза и происхождении жизни».

Саморазвитие, самоорганизация и самоусложнение каталитических систем происходит за счет постоянного потока трансформируемой энергии.

Теория самоорганизации открытых каталитических систем имеет ряд важных следствий:

1)стала возможна классификация катализаторов по уровню их организации (от кристаллов, близким к идеальным, к микрогетерогенным и коллоидным системам);

2)началось изучение катализа как динамического явления, связанного с изменением катализатора в ходе реакции;

3)была дана конкретная характеристика предела химической эволюции и переходу от хемогенеза к биогенезу.

80