биомолекула.ру. Взгляд изнутри.
 

Логин:
Пароль:


Короновавший ионы

[10 мая, 2015 г.]

Герой сегодняшней статьи выделяется своим необычным жизненным путем даже на фоне остальных нобелевских лауреатов. Кто из них — полунорвежец-полуяпонец? Кто еще проработал 42 года в одной фирме? Кто был нобелиатом без высшей научной степени? Кто сделал свое открытие совершенно случайно и не сильно «поднялся» на нем? Кто получил Нобелевскую премию после 18 лет занятий садоводством и рыбалкой? Всё это он — Чарльз Педерсен, открывший краун-эфиры и давший жизнь огромному и важнейшему классу соединений, в итоге приведшему к созданию супрамолекулярной химии. Формулировка Нобелевского комитета: «за разработку и применение молекул со структурно-специфическими взаимодействиями высокой селективности».

Дональд Крам и Жан-Мари Лен

Рисунок 1. «Коллеги» Педерсена по премии. Слева — Дональд Крам (1919-2001). Справа — Жан-Мари Лен (родился в 1939 году).

Работая над биографиями нобелевских лауреатов, видишь, насколько разнятся их пути. Одни совершают свое открытие совершенно случайно — скажем, как Александр Флеминг [1], — другие целенаправленно и напряженно идут к своему нобелевскому успеху всю жизнь — как Роберт Кох [2].

Наш нынешний герой — явно из первых. При этом он разительно отличается от своих коллег по «химической» Нобелевской премии 1987 года (рис. 1). Что Жан-Мари Лен, о котором мы уже писали [3], что Дональд Крам были великими учеными, «глобальными химиками», создателями новых наук и классов соединений. Чарльз Педерсен — не такой. Совершив свое открытие случайно, он честно проработал над ним еще девять лет, а потом ушел на пенсию и предался отдохновению.

«Я всегда был химиком-практиком и получал удовольствие именно от того, что делаю в лаборатории», — признавался Педерсен позже в своей нобелевской лекции [4]. Более того, там же он сказал, что всегда ощущал себя «промышленным химиком» и всегда думал о конкретных приложениях своих синтезов.

Но обо всём по порядку.

Чарльз Педерсен, несмотря на классическое английское имя и скандинавскую фамилию, имел весьма азиатскую внешность. Причиной тому — причудливое происхождение нашего персонажа. Норвежский морской инженер Бреде Педерсен полюбил переехавшую для торговли шелком в Корею японку Такино Ясуи. При этом семья Педерсенов жила на территории под американским управлением и выстраивала свою жизнь по-американски. Впрочем, теоретически у Чарльза был шанс даже погибнуть от рук американцев: по иронии судьбы в Корее не было школ с изучением английского, и несколько лет мальчик учился в японском Нагасаки. Если бы судьба повернулась так, что Чарли остался бы там навсегда, то кто знает, пережил ли бы он атомную бомбардировку три десятилетия спустя...

Но судьба решила иначе. Сначала родители перевезли его в Иокогаму, а потом, когда пришла пора поступать в университет, отец настоял на том, чтобы это был американский вуз.

Чарльз уже в средней школе прошел первый курс химии и решил продолжать обучение именно по этой специальности. Его выбор пал на католический Университет Дейтона в Огайо — в первую очередь потому, что в Огайо жили родственники и друзья. Однако когда Педерсен получил степень бакалавра как химик-технолог, стало понятно, что Дейтон тесноват для него. Чарльз отправился в Массачусетский технологический (MIT), где и получил степень магистра — уже по органической химии. Он непременно заработал бы и докторскую степень, но... Все эти годы Педерсена материально поддерживал отец, и он очень хотел получить хорошую работу, чтобы перестать быть обузой для семьи.

Впрочем, с дипломом MIT, а также с двумя специальностями — химика-технолога и химика-органика, — найти работу оказалось несложно даже в 1927 г. Именно в этом году Педерсена приняли в известную компанию DuPont*. И именно здесь прошли следующие 42 года жизни будущего нобелевского лауреата.

* — О том, что очень многие нобелиаты были «выпестованы» в частных компаниях или связаны с ними договорами, мы уже упоминали — «Кузница нобелевских кадров» [5]. Педерсен реализовывал свой интеллектуальный потенциал в стенах химического гиганта, детища которого проникли к концу XX века буквально в каждый дом.

1. DuPont — как много в этом слове для сердца женского слилось... Кто не мечтал когда-то о нейлоновых чулках, а потом о колготках с лайкрой? Подразумевая под лайкрой блестящие включения вместо полиуретановых суперэластичных нитей (лайкра — то же, что и эластан, или спандекс, но только «от DuPont»). Блеск же связан с определенной обработкой основных чулочных волокон — полиамидных (по-дюпоновски, нейлоновых).

2. А кто не хотел разжиться чудо-сковородкой с «антипригарным» тефлоном? Правда, тефлон (в СССР — фторопласт) знаменит ещё и по скандальным тяжбам по поводу вреда перфтороктановой кислоты (PFOA). Считается, что опасность возникает только при производстве тефлона и его перегреве. Тефлон запатентован DuPont, и по заверениям компании, с начала 2012 года она не использует PFOA при производстве посуды. Тем не менее не стόит нагревать пустую тефлоновую сковородку — если что, производитель скажет: «Сам дурак!»

3. Слышали о DuPont и автомобилисты, и экстремалы-спортсмены, и военные — из-за пятикратно превосходящего по прочности сталь кевлара. Им армируют автомобильные шины, кабели, спортивную одежду, бронежилеты и бронешлемы, яхты и беспилотники.

4. Посоревноваться по популярности с кевларом с успехом может другая разработка компании — неопрен: это и водолазные костюмы, и ортопедические изделия, и экипировка спортсменов, и «одежда» всевозможных мобильных девайсов.

5. Космонавты наверняка оценили плёнку майлар на основе термопластика полиэтилентерефталата (лавсана): она использовалась в лунных скафандрах и в качестве защитного экрана лунного модуля «Аполлонов»; напыляя на майлар алюминий, производят спасательное (космическое) одеяло, предохраняющее от теплопотерь космонавтов, туристов и пострадавших в чрезвычайных ситуациях.

6. А ещё для возведения энергоэффективных зданий, для защиты рабочих от грязи, химикатов, асбестовых и даже радиоактивных частиц есть дюпоновский тайвек. Он же — синтетическая бумага, современная полиграфическая «панацея».

7. Несмотря на то, что фторсодержащие углеводороды фреоны (у нас — хладоны) — «кровь» холодильных агрегатов и «энергия» аэрозолей, название это прочно ассоциируется с разрушением озонового слоя. Однако далеко не все фреоны, а лишь низшие хлорфторуглероды замешаны в этом грязном деле и постепенно искореняются согласно Монреальскому протоколу. Но об этом — в рассказе о других нобелевских лауреатах. А FREON® — торговая марка хладагентов DuPont, хотя впервые синтезировал подобное вещество химик «Дженерал Моторс», и производятся фреоны разными компаниями. Общепринятые названия хладагентов начинаются с буквы R (R-14, R-116 и т. п.).

Некоторые краун-эфиры

Рисунок 2. Некоторые краун-эфиры. I — 12-краун-4 (тривиальное название), или 1,4,7,10-тетраоксациклододекан (по IUPAC); II — 1,10-диаза-18-краун-6, или 1,4,10,13-тетраокса-7,16-диазациклооктадекан; III — 1,7-дитиа-15-краун-5; IV — дибензо-18-краун-6; V — циклогексано-15-краун-5. В названиях число перед «краун» обозначает общее количество атомов в цикле, а после — количество гетероатомов. Приставки аза- или тиа- показывают, что один или несколько атомов кислорода (окса-) заменены на атомы азота или серы соответственно.

Порция дёгтя на десерт. Неприятные моменты, связанные с фреонами и тефлоном, — дробинка для слона, а вот крупный антирепутационный калибр — это напалм (боевая смесь — горючее с загустителями в виде органических кислот) и дефолианты, широко применявшиеся ВВС США во Вьетнаме. Получается, напалмовые бомбы тоже в какой-то степени «от DuPont» (не зря же компания начинала с производства пороха и динамита). Канцерогенный и мутагенный «гербицидодефолиант» Agent Orange нарабатывался и многими другими американскими предприятиями (Dow Chemical и Monsanto в основном), но всё же...

Эпилог. Но мы-то знаем, чем (вернее, кем) ещё знаменита эта компания — Чарльзом Педерсеном. А ему предъявлять претензии уж точно не за что. — Ред.

Конечно, первые годы молодому химику давали простые типичные задачи, с которыми Педерсен успешно справлялся. Первой «самостоятельной» сложной задачей стало получение жирорастворимого преципитата (осадителя) ионов меди, затем он нашел первый хороший металлический деактиватор нефтепродуктов, позже занялся антиоксидантами.

Главное открытие в своей жизни Педерсен сделал случайно. В 1960 году он вернулся к координационной химии (помним: первая работа — преципитат для меди, который «высаживал» медь в осадок, образуя комплексное соединение). Педерсен стал изучать фенил-содержащие лиганды для комплексов с группой ванадила (VO). И в продуктах одной из реакций наш герой обнаружил неожиданные белые кристаллы. Это и был первый в истории химии краун-эфир: дибензо-18-краун-6 (рис. 2) [6].

Что такое краун-эфиры? По своему определению, это макрогетероциклы с циклом более 11 атомов, которые содержат минимум 4 гетероатома (как правило, кислород, реже — азот, еще реже — серу). Чем они хороши? Тем, что могут образовывать устойчивые комплексы с ионами щелочных и щелочноземельных металлов, опоясывая, или коронуя (отсюда и название «краун»), эти ионы. Комплекс удерживается как ион-дипольным, так и отчасти механическим взаимодействиями.

При этом свойства ионов сильно изменяются. К примеру, можно разделять ионы: крауны за счет разницы в размерах полости высокоселективны. Комплексы ионов с краунами можно растворять в органических растворителях (а попробуйте растворить в бензоле поваренную соль!). Мне, как химику-органику, прекрасно известен «пурпурный бензол» — раствор краун-комплекса перманганата калия в бензоле — прекрасный органический окислитель.

А что же наш герой? Начал снимать сливки с открытия? Ничего подобного...

В своей автобиографии Педерсен пишет: «Еще девять лет я занимался изучением краун-эфиров, а затем покинул DuPont в 1969 году и вышел на пенсию» [7]. С тех пор, по его собственным словам, он занимался исключительно рыбалкой, садоводством, изучением птиц и поэзией. Воистину, настоящий восточный человек знает, чем нужно заниматься в старости! Кто еще может похвастать, что получил Нобелевскую премию после 18 лет занятий рыбалкой?

Литература

  1. биомолекула: «Победитель бактерий»;
  2. биомолекула: «Кох и все его палочки»;
  3. биомолекула: «Раздвинувший границы химии»;
  4. The Discovery of crown ethers. Нобелевская лекция Ч. Педерсена (1987);
  5. биомолекула: «Кузница нобелевских кадров»;
  6. Pedersen C. J. (1967). Cyclic polyethers and their complexes with metal salts. J. Am. Chem. Soc. 89 (26), 7017–7036;
  7. Автобиография Ч. Педерсена. Сайт Нобелевского комитета.

Автор: Паевский Алексей.

Число просмотров: 300.

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

Комментарии

(Оставить комментарий) (показывать сначала старые комментарии)

Re: Короновавший ионы

Шалимов Владимир — 11 мая, 2015 г. 10:13. (ссылка)

Прекрасная статья!Побольше истории открытий и подробности о случайностях!Может быть мы тоже где-то проходим мимо?

(ответить)

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.