Борис Ляпунов - Химия завтра

Органика и неорганика, например, — между ними сейчас уже нет такой четкой, безоговорочной грани.

Открываются все новые и новые соединения, новые типы химических связей. За сложными формулами, в которых неспециалисту очень трудно разобраться, нередко скрываются удивительные перспективы для практики.

Химия делает такие открытия, что иногда кажется непонятным, почему их не сделали раньше? Ведь благодарный материал вроде бы в изобилии поставляет природа. В действительности, если вести хронологию от истоков, то они уводят довольно далеко от сегодняшних дней.

Сначала придется сказать несколько слов не о будущем, а о прошлом.

«Органическая химия может в настоящее время кого угодно свести с ума, Она представляется дремучим лесом, полным чудесных вещей, огромной чащей без выхода, без конца, куда не осмеливаешься проникнуть».

Слова эти, написанные одним из известных химиков XIX века, проникнуты черным пессимизмом.

Органическая молекула казалась химикам того времени столь сложной постройкой, что разгадать ее секреты они даже и не помышляли.

Как располагаются в ней атомы? Как они ведут себя, встречаясь с другими атомно-молекулярными постройками? Все было для химиков действительно дремучим лесом.

Свет забрезжил лишь тогда, когда появилась теория химического строения. Начали вырисовываться основные законы, повинуясь которым и происходят соединения атомов, возникают сложные молекулы.

Непонятое раньше сразу получило объяснение. Химия вооружилась путеводителем, указавшим дорогу в дебрях.

Теория предсказывала возможность получения нового вещества. Практика создавала его. Полный триумф! Впервые химик стал архитектором мира молекул. Он уже не шел вслепую. Он смог составить план, прежде чем возводить постройку.

Дальнейшее известно. Меньше чем за столетие, прошедшее с той поры, органический синтез вырвался на широчайший простор. Одних только искусственных химических построек появилось великое множество. Каждый день в лабораториях мира создается полторы сотни новых веществ, — утверждает статистика. Каждый день! Сколько же в год, сколько за годы? Миллионы!

Если так пойдет и дальше, то природное отступит перед синтетическим.

Что ж, оправдаются предсказания тех, кто одевает будущее человечество в искусственную одежду, поселяет его в дома из искусственных стройматериалов и потчует искусственной пищей.

Что ж, если и лишится когда-нибудь человек всего, что дает ему природа, он создаст свою природу, вероятно, даже лучшую. Ведь, в сущности, многие планы грядущей жизни в космосе имеют химическую основу во всем — от сооружений внеземных поселков до получения кислорода, воды и пищи лабораторным путем.

Прокладывая дорогу химику, теория не довольствовалась тем, что было открыто ею на первых порах. Вскоре стала ясной удивительная сложность микроархитектуры вещества.

Молекулы создаются, живут и действуют в пространстве. Пространственное расположение атомов строго определено. Из одного и того же количества одних и тех же атомов природа возводит разные здания. Раньше этого не знали, а петому не могли разгадать многие загадки.

Самое незначительное различие — и вещество уже получается иным. Достаточно одному атому оказаться не на месте, и молекула уже не та.

Такая «игра природы» отнюдь не всегда безобидна. В химии живого, например, это имеет наиважнейшее значение. Живой организм поразительно чувствителен к тому, как расположены атомы в его молекулах. Стоит чуточку измениться кислородно-водородно-углеродной постройке — и вместо одного вида сахара перед нами другой. Один крайне нужен человеку и животным, другой для них непригоден.

И уж конечно, создавая новые вещества, химики должны были теперь считаться с тончайшими особенностями пространственной структуры будущих молекул. Различия, о которых не подозревали раньше, ярко и отчетливо выступили на первый план. Это понятно: молекула трехмерна, ее изучать должна была бы с геометрической точки зрения не планиметрия, а стереометрия. Потому и появилась стереохимия, «пространственная» химия, и она стала компасом для синтеза новых соединений.

Направленное получение стереоизомеров — нужных нам разновидностей одного и того же молекулярного здания — вот едва ли не генеральная задача в создании второй природы теперь, во второй половине XX века.

Всего две разновидности атомов в углеводородных соединениях — углерод и водород. Чем больше «кирпичиков» в постройке, тем больше возможных вариантов-изомеров. Их может оказаться сотни тысяч, миллионы и даже триллионы. Когда соединение еще более сложное, как у белков, например, то изомерия так велика, что может быть выражена только очень большими числами. Здесь приходится прибегать уже к степеням.

А сколько все же получается изомеров? Оказывается, и показатель-то степени будет не двух- и не трех-, а четырехзначный.

Химик — архитектор своеобразный, он «кирпичиков» своих не видит и о здании может судить, лишь когда оно уже готово, когда реакция уже завершена. Он может только управлять ходом превращений, меняя те или иные условия, разрушая и образуя вновь химические связи. Добавим к этому, что и расположение атомов в молекулах, увы, совсем уж не просто. Будь бы иначе — умей мы получать именно тот стереоизомер, какой нужен, мы давно бы уже имели сахар из угля и воды.

Уже полученные стереоизомеры позволяют говорить об открытии новых резервов мира искусственных веществ. Чем дальше, тем их будет больше.

Для такой уверенности есть и иные основания. Они связаны с еще более глубоким проникновением в самые сокровенные секреты материи. Тут химия встречается с физикой, и надо говорить о всевластии не только химических, но и физических законов в недалеком будущем.

Знание структуры, хотя бы и самое глубокое, — далеко не всё. Если бы дело сводилось только к форме постройки, если бы молекулы походили на свои модели, которые иногда можно видеть на выставках или картинках, то задачи химического конструирования похожи были бы на любые другие инженерные задачи.

Но подлинная молекула не походит на сооружение из шариков и палочек, как не походит шарик на настоящий атом и как палочка не заменяет истинную химическую связь.

В дело вмешивается энергетика молекулы. В ней — атомы, состоящие из ядер и электронов, и потому проблема переводится не только на атомно-молекулярный, но и на ядерно-электронный уровень.

И ядра, и электроны, и группы атомов, возникающие либо распадающиеся в ходе реакции, — все эти «строительные детали» химии обладают энергией. При перестройках происходит своего рода энергетический обмен, происходят сложные, уже чисто энергетические процессы.