биомолекула.ру. Взгляд изнутри.
 

Логин:
Пароль:


Номенклатурный работник стереохимии

[22 февраля, 2015 г.]

Талантливый синтетик — он синтезировал знаменитый адамантан и целую группу уникальных веспиренов, выдающийся «структурщик» — он установил стереохимию многих антибиотиков и первым выяснил структуру активных центров ферментов. Этот многогранный человек, сумевший навести порядок в самой стереохимической номенклатуре, — Владимир Прелог, лауреат Нобелевской премии по химии 1975 года. Формулировка Нобелевского комитета: «за исследования в области стереохимии органических молекул и реакций». И именно с подачи Прелога и двух его коллег мы знаем, как называть пространственные изомеры органических молекул.

Синтез адамантана Прелогом

Рисунок 1. Синтез адамантана Прелогом.

Мне кажется, что в наше время пора вводить вместо советской аббревиатуры ФИО более расширенную версию ФИОН: «фамилия-имя-отчество-ник». Признаюсь, есть ник и у меня. Многие в Сети знают меня под ником adamanta. Это слово возникло еще в те далекие годы, когда я был настоящим химиком. На самом деле я хотел завести себе ник adamantan, но в бумажной анкете было всего восемь окошек для букв. А первым синтезировал углеводород адамантан, повторяющий своим углеродным скелетом элементарную ячейку алмаза, наш нынешний герой, Владимир Прелог.

Будущий создатель адамантана родился за восемь лет до начала Первой мировой войны в том самом городе, с которого она началась — в Сараево. Вскоре после рокового выстрела Гаврилы Принципа семья переехала в Загреб, где Владимир окончил гимназию. Высшее образование Прелог получал уже в Праге — в Пражском технологическом. 1928 год — диплом инженера-химика, 1929 — докторская степень. Казалось бы, впереди академическая карьера, однако наступил (как это актуально и ныне) мировой экономический кризис. Целых шесть лет весьма толковому молодому ученому не удавалось найти место, где можно было бы заниматься наукой. Пришлось уйти в бизнес — но хотя бы химический. Он работал в лаборатории, где производили химреактивы.

Только в 1935 году удалось получить место в университете — в практически родном Загребе. Впрочем, тоже было несладко. «Я не знал, что здесь мне придется, выполняя обязанности полного профессора, жить на неполное жалованье ассистента, но, вероятно, если бы я это и знал, решение мое не изменилось бы», — говорил Прелог.

Рихард Кун

Рисунок 2. Рихард Кун. Лауреат Нобелевской премии по химии 1938 года.

Леопольд Ружичка

Рисунок 3. Леопольд Ружичка. Лауреат Нобелевской премии по химии 1939 года (совместно с Адольфом Бутенандтом).

Но он мог заниматься любимой органикой. Шесть лет Прелог проработал там. И именно там был создан знаменитый адамантан (рис. 1), углеводород с элементарной ячейкой алмаза [1]. Прелог сумел продолжить незавершенный синтез Густава Меервейна, который предпринял попытку «собрать» молекулу адамантана еще в 1924 году.

Но сразу после синтеза пришлось переезжать: шёл 1941 год, германские войска вошли в Загреб. Впрочем, сначала он поехал с лекциями... в Германию — его пригласил Рихард Кун (рис. 2), руководитель химического отделения в Институте Макса Планка, нобелевский лауреат по химии 1938 года за изучение каротиноидов и витаминов и будущий создатель боевого отравляющего вещества зомана.

Честно говоря, мы не знаем, чем бы кончились лекции Прелога в Германии... Будем считать, что ему повезло — путь в Третий Рейх лежал через Швейцарию. А в Швейцарии тогда жил и работал еще один хорватский нобелевский лауреат (хорваты, само собой, считают Прелога одним из трех хорватских нобелиатов, третий — лауреат по литературе Иво Андрич — А.П.), получивший свою премию в 1939 году за работы по полиметиленам и высшим терпенам Леопольд (хорваты его зовут Лавослав) Ружичка (рис. 3).

Именно Ружичка, использовав свое академическое и финансовое влияние (была привлечена Большая Фарма — компания Ciba-Geigy, ныне известная как Новартис)*, оставил Прелога у себя в ETH Zurich — одном из престижнейших политехов Европы (кстати, партнере нашего МФТИ).

* — Фармацевтические компании в XX веке взрастили немало талантливых учёных, в том числе и обладателей Нобелевской премии: «Кузница нобелевских кадров» [2] — Ред.

И дальше началась более-менее спокойная жизнь в нейтральной Швейцарии. В 1942 году Прелог — приват-доцент, в 1947 — адъюнкт-профессор, в 1952 — полный профессор. И уже тогда полным ходом шла работа в лаборатории органической химии, которую и возглавлял Ружичка (в 1957 году Прелог сменил своего наставника на посту директора).

Хиральность

Рисунок 4. Хиральность.

И главным делом жизни становится не просто органика, а стереохимия.

Тут нужно сделать маленькое лирическое отступление. Тем, кто учил химию в школе, а органические молекулы видел на бумаге в виде формул, возможно, сразу непросто понять, о чем речь.

То, что существует понятие изомерии — это было известно давно. Набор атомов в молекуле может быть одинаков, но они будут по-разному соединены. К примеру, этиловый спирт и диметиловый эфир имеют одну и ту же формулу — C2H6O, но совершенно разные структуры и свойства. Потому даже в краткой записи прибегают к таким формулам, как (CH3)2O и C2H5OH.

Бывают и пространственные изомеры. К примеру, если у вещества есть двойная связь С=С и по одному заместителю у этих атомов углерода, то заместители могут оказаться по одну сторону от двойной связи, а могут — по разные. Такие вещества называются цис- и транс-изомерами.

Однако бывает и совсем запутанно. Еще Луи Пастер сумел выделить в кристаллах два изомера винной кислоты. Они имели абсолютно одинаковый порядок соединения атомов, не имели двойной связи, все их физические свойства были одинаковы. Отличались они в одном — раствор одного вещества вращал плоскость поляризации пропускаемого через него поляризованного света влево, а другого — вправо.

Кристофер Ингольд

Рисунок 5. Кристофер Ингольд. Английский ученый, один из основоположников физической органической химии.

Структурные формулы антибиотиков

Рисунок 6. Структурные формулы антибиотиков, механизм действия которых установил Прелог. а —нонактин; б — боромицин.

Да-да, это те самые «левые» и «правые» изомеры. Но в чем суть?

Такие молекулы представляют собой зеркальные отражения друг друга, не совместимые в пространстве друг с другом. Как левая и правая рука.

Собственно, термин «хиральность», означающий несовместимость со своим зеркальным отражением (рис. 4), и происходит от греческого χειρ — рука. Термин, кстати, ввел еще лорд Кельвин. Все это потому, что углерод образует четыре связи, направленные к вершинам тетраэдра, и если все заместители у атома углерода разные — действительно, молекула будет несовместима со своим зеркальным отражением. Живые организмы очень придирчивы к хиральности своих «строительных блоков»: аминокислоты в белках обычно представлены L-изомерами, сахара же находятся преимущественно в D-форме, однако и без исключений не обходится [3].

Самая главная заслуга Прелога в том, что он навел в этой области порядок. Вместе с британцами Робертом Сидни Каном и Кристофером Ингольдом (рис. 5) он придумал систему правил (она так и называется до сих пор: система Кана-Ингольда-Прелога (CIP)), которые позволяют точно описать в химической номенклатуре тот или иной стереоизомер. Ключевая статья с системой CIP вышла в 1966 году, потом система несколько раз дополнялась [4, 5].

Однако не стоит думать, что свою Нобелевскую премию Прелог получил только за систему химической номенклатуры. Он изучал алкалоиды и антибиотики, объяснив принцип их действия — блокирование деятельности некоторых белков в бактериях. К примеру, нонактин (рис. 6а) блокирует активность калиевых каналов (работы по стереохимии нонактина [6] относятся к важнейшим достижениям Прелога)*. А ведь еще были боромицин (рис. 6б) [7], ферриоксамины, рифамицины... А еще — исследования по стереохимии активных центров ферментов... Так что Прелог стоял и у истоков структурной молекулярной биологии.

* — Нонактин — ионофор, подобный по действию валиномицину, уже знакомому читателям биомолекулы по статье о другом «химическом» нобелиате — Ж.-М. Лене: «Раздвинувший границы химии» [8] — Ред.

Веспирены

Рисунок 7. Веспирены.

Джон Корнфорт

Рисунок 8. Джон Корнфорт. Лауреат Нобелевской премии по химии 1975 года (совместно с Владимиром Прелогом).

Он много синтезировал, в том числе создал интереснейшую группу веществ — веспиренов — с уникальным типом хиральности (рис. 7).

Нобелевская премия была ожидаемой — как и премия его коллеге и другу Джону Корнфорту (рис. 8), британо-австралийцу, который тоже занимался стереохимией ферментов.

В речи на церемонии вручения премии профессор Арне Фредга (Arne Fredga) отметил внесенный Прелогом «важный вклад в химию ферментов», сказав, что проделанная ученым работа позволила «составить “карту” активного центра молекулы фермента».

На нобелевском банкете за двоих речь держал Джон Корнфорт (его попросил об этом сам Прелог). Но то, что он сказал, вполне выражает суть жизни и самогό Владимира (Владо, как называл своего старого друга Корнфорт) Прелога.

«Наше образование и опыт, который сформировал нас как ученых, очень отличаются. Мы родились и росли на противоположных сторонах земного шара. Что у нас общего — пожизненное любопытство о формах и изменениях того, чего мы никогда не увидим собственными глазами; и пожизненная убежденность в том, что это любопытство приведет нас ближе к истине о химических процессах, включая процессы, составляющие основу самой жизни».

О важности стереохимии Прелог сказал в своей нобелевской лекции: «Энантиомеры, участвующие в жизненных процессах, одни и те же у людей, животных, растений и микроорганизмов, независимо от места их появления и времени их существования на Земле... Единственное возможное объяснение этому заключается в том, что создание живой материи было событием, не имеющим аналогов по своей необычности, и происходило оно лишь однажды» [9].

Первоначально статья была опубликована в блоге автора на сайте Политехнического музея [10].

Литература

  1. Prelog V., Seiwerth R. (1941). Über die Synthese des Adamantans. Berichte. 74, 1644–1648;
  2. биомолекула: «Кузница нобелевских кадров»;
  3. биомолекула: «D-аминокислоты: не только в зазеркалье»;
  4. Cahn R.S., Ingold Ch.K., Prelog V. (1966). Specification of molecular chirality. Angew. Chem. Int. Ed. 5 (4), 385–415. doi: 10.1002/anie.196603851;
  5. Prelog V., Helmchen G. (1982). Basic principles of the CIP-system and proposals for a revision. Angew. Chem. Int. Ed. 21 (8), 567–583. doi: 10.1002/anie.198205671;
  6. Corbaz R., Ettlinger L., Gäumann E., Keller-Schierlein W., Kradolfer F., Neipp L., Prelog V., Zähner H. (1955). Stoffwechselprodukte von Actinomyceten. 3. Mitteilung. Nonactin. Helv. Chim. Acta. 38 (6), 1445–1448;
  7. Dunitz J.D., Hawley D.M., Miklo D., White D.N.J., Berlin Yu., Marui R., Prelog V. (1971). Structure of boromycin. Helv. Chim. Acta. 54 (6), 1709–1713;
  8. биомолекула: «Раздвинувший границы химии»;
  9. Chirality in Chemistry. Нобелевская лекция В. Прелога (1975);
  10. Паевский А. «Химия в стерео: Владимир Прелог». Сайт политехнического музея.

Автор: Паевский Алексей.

Число просмотров: 151.

Creative Commons License — условия использования и распространения материалов сайта.
Вернуться в раздел «Личность»

Комментарии

(Оставить комментарий) (показывать сначала старые комментарии)

Яндекс.Метрика

© 2007–2015 «биомолекула.ру»
Электропочта: info@biomolecula.ru
О проекте · RSS · Сослаться на нас

Дизайн и программирование —
Batch2k15.

Сопровождение сайта — НТК «Биотекст».

Условия использования сайта
Об ошибках сообщайте вебмастеру.