Ю.А. Устынюк, С.З. Вацадзе - Лекции по органической химии, страница 8

Выдающиеся достижения в этойобласти получили достойную оценку научной общественности в присужденииНобелевской премии по химии 1998 года Вальтеру Кону «за развитие теориифункционала плотности» и Джону Поплу «за разработку компьютеризированныхметодов квантовой химии». Поскольку МС из сотен атомов составляютзначительную часть реальных объектов исследования в различных областях химии,в том числе, в катализе, в молекулярной биологии и молекулярной медицине, атакже в материаловедении, химической технологии и других дисциплинах,квантово-химические расчеты высокого уровня все чаще стали применяться наначальных этапах выполнения научных проектов как фундаментального, так иприкладного характера с прогностическими целями. Это позволяет заметноповыситьэффективностьисследованийиразработокзасчетболеецеленаправленного планирования экспериментов и сужения круга изучаемыхобъектов.

Так на наших глазах совершилось превращение квантовой химии в одиниз мощных и самых малозатратных методов химических исследований.Новые исследовательские возможности открыли для химиков-органиковперспективы перехода от изучения отдельных молекул к исследованию сложноорганизованных супрамолекулярных структур. Связывание отдельных молекул всупрамолекулярных (надмолекулярных) ансамблях осуществляется за счет слабыхневалентных взаимодействий, таких как водородные и координационные связи,гидрофобные силы, электростатические взаимодействия. Способность такихансамблей к самоорганизации, саморегуляции и репликации приближает их кбиологически системам.

Поэтому супрамолекулярная химия – это химияпрограммируемых высокоселективных нековалентных взаимодействий. Первыми44объектами этой науки стали комплексы «хозяин – гость», образованныегомополидентатнымимакроциклическимилигандами(краун-эфирами,криптандами и родственными соединениями) с катионами и анионами [15].Основателем супрамолекулярной химии по праву считается Жан Мари Лен. В1987 году ему совместно с Д.Крамом и Ч.Педерсеном была присужденаНобелевская премия по химии.

Доля работ, посвященных супрамолекулярнымструктурам стремительно и непрерывно растет.Близкое будущее органической химии видится нам тесно связанным сизучением все более и более сложно организованных супрамолекулярных систем ипринципов, по которым происходит их самосборка и функционирование.Несомненно, будет продолжаться интеграция органической химии с молекулярнойбиологией, что и обеспечит практическую реализацию создания искусственныхферментов. Вторым направлением здесь вероятно станет создание новыхматериалов,основанныхнасупрамолекулярныхпринципах(органическаянанохимия).

Поэтому можно с большой долей уверенности утверждать, что новыйпериод в истории органической химии будет периодом супрамолекулярнойорганической химии.4. Заключительные замечанияКороткий обзор основных периодов истории органической химии позволяетподметить ряд общих закономерностей в ее развитии. Изменениям в понятийномаппарате органической химии при переходе от одного периода к другому всегдапредшествовали существенные изменения в методическом арсенале, которымпользовались химики.В самом деле, аналитический период начинается с освоения методаколичественного анализа органических соединений, что дает возможностьпостроения первых моделей их структуры. Период становления и развитияклассическойструктурнойсовершенствованиемметодовтеориисинтезаихарактеризуетсябыстрымпоследовательнойдеградации45органических соединений, позволивших устанавливать генетические связи междуними, а также применением поляриметрии, давшей толчок развитию стереохимии.Особенно ярко проявляется роль опережающего развития методов в периодфизической органической химии.

В действительности роль новых методов неограничиваетсятем,чтоонимногократнорасширяютисследовательскиевозможности научного сообщества, которое их осваивает. В междисциплинарномвзаимодействии метод подобен троянскому коню. Вместе с ним в органическуюхимию проникают его теоретический и математический аппарат, которыеисключительно эффективно используются в развитии теории органической химии.Самое яркое тому подтверждение - внедрение квантовой механики, пришедшей вхимию вместе со спектроскопией, о чем уже было рассказано. С.Г.Кара-Мурзаметко заметил [16], что «историю органической химии можно с полным правомизложить не только как последовательность накопления новых фактов ипоявления новых концепций, но и в ином контексте, как историю развития ееметодического арсенала».Заимствуя новые методы на первых этапах своегоразвития из физики и математики, на современном этапе органическая химия самастала созидательницей методических основ для биохимии и молекулярнойбиологии.При переходе от одного периода к другому мы наблюдаем также быстрыйпрогресс в развитии теории строения и реакционной способности от первыхинтуитивных и весьма наивных качественных моделей до построения теории наоснове квантовохимических представлений.

Если в первые периоды теория имелаглавной целью обобщение и систематизацию известных экспериментальныхфактов, то на современном этапе она обладает способностью количественногоописания и предсказания строения и его связи со свойствами молекул имолекулярных систем. Несомненно, роль теории строения и реакционнойспособности будет постоянно возрастать. Квантовохимические расчеты высокогоуровня на этапе подготовки и планирования эксперимента перестали быть уделом46химика-теоретика и уже становятся рутинным занятием для нового поколенияхимиков-органиков.Разумеется, из сказанного не следует, что в органической химии не осталосьболее места для разработки новых синтетических методов, новых реагентов иреакций. Исследования в этом направлении интенсивно продолжаются и будутпродолжаться всегда.Мы видим очень существенные изменения структуры органической химиипо мере ее развития.

Происходит ее дифференциация, выделение из нее многихсамостоятельных дисциплин. Одновременно на границах органической химии сдругими науками происходит формирование новых научных направлений, и этатенденция к интеграции с другими дисциплинами заметно усиливается всовременный период.Значительное ускорение научных исследований обеспечивается такжезасчет использования новых информационных технологий и средств электроннойкоммуникации. Сегодня исследования по одной и той же теме часто выполняютсяпараллельно в десятках научных коллективов.

При этом скорость обменаинформацией между исследователями разных групп через обычные каналы всееще остается весьма низкой. Временная задержка между выполнением работы и еепоявлением в виде научной публикации в среднем составляет около одного года,даже несмотря на значительное количество журналов для быстрой публикациинаиболее важных результатов. Компьютерные технологии и сеть INTERNET ужесоздали условия для постоянного общения между исследователями, работающимив одной области. Совместный анализ результатов разных групп «в реальномвремени» позволяет, на наш взгляд, многократно повысить эффективность работы.Химическая наука стала интернациональной.

Ученые разных стран объединяютсяв «незримые научные коллективы», совместно работающие над научнымипроектами междисциплинарного характера. Оба автора этой работы активноиспользуют эти новые информационные каналы в своей повседневной практике.47На пути использования многих высокоэффективных химических реакций впромышленной практике главным препятствием является необходимость ихпроведения в органических растворителях, которые токсичны, огнеопасны идороги. В значительной мере это препятствие уже преодолевается благодаря,главным образом, осуществлению реакций в тонких поверхностных слоях ПАВ награнице с водной фазой и в сверхкритических средах, среди которых особенноуспешно используется сверхкритический диоксид углерода. Значительные успехив обоих направлениях достигнуты уже сейчас.

Эти и другие перспективныенаправления обещают в грядущие годы захватывающе интересные результаты вприкладной органической химии.Из сказанного выше с очевидностью следует, что современный химикорганик по уровню и содержанию своей подготовки должен сильно отличаться отспециалиста семидесятых-восьмидесятых годов прошлого века. Несомненно,должна сильно возрасти значимость освоения им смежных дисциплин, улучшитьсяподготовка в области физики, математики и информатики.

Химик-органик долженвновь стать исследователем-естествоиспытателем, способным овладевать новымизнаниями и умениями в соответствии с изменяющимися условиями, направлениемдеятельности и задачами.Колоссальный прогресс, достигнутый в органической химии за относительнокороткийдвухсотлетнийпериодеесуществованиякаксамостоятельнойдисциплины, не может не вызвать восхищения. У нас есть все основания полагать,что темпы развития органической химии будут столь же высокими и в будущем.5.

Особенности понятийного аппарата органической химии.Даже короткое описание основных этапов развития органической химииясно показывает, что она и химия в целом развиваются индуктивным путем.Понятия и концепции органической химии возникают в результате обобщенияэкспериментальныхфактов.

Такоеобобщениепервоначальноприводиткформулировке одной или нескольких альтернативных гипотез, достоверность48которых проверяется путем постановки дополнительных экспериментов. Таквозникает модель исследуемого явления, которая уточняется и развивается по меренакопления новых экспериментальных данных и результатов теоретическихрасчетов.

Нередко одно и то же явление с разных сторон описывается разнымимоделями. В связи с этим термины, понятия и концепции в органической химииносят модельный характер. Они справедливы лишь в рамках той модели, вкоторой сформулированы. Перенос понятия из одной модели в другую, ему несвойственную, в большинстве случаев приводит к серьезным ошибкам ипутанице. Модель никогда не бывает полной. Используя ее, всегда нужноосознавать границы ее применимости.