Петр Образцов: Мир, созданный химиками. От философского камня до графена

N 2+ 3H 2= 2NH 3

Жуткое, сложное производство! А микроб азотобактер, проживающий на корнях бобовых, переводит азот в усвояемую форму при обычных атмосферных условиях. И хотя прошло уже более 50 лет с тех пор, как отечественным ученым удалось-таки заставить азот перейти в растворимую форму при комнатной температуре, азотобактер догнать не удается. Кстати, аммиак — один из важных предметов отечественного экспорта.

В России необходимость перехода от традиционной к «зеленой» химии определяется еще и особым географическим положением страны. Половина территории нашей страны расположена в зоне вечной мерзлоты, огромные металлургические и нефтедобывающие предприятия находятся за полярным кругом. Отходы этих предприятий особенно опасны, но и весьма стабильны при низких температурах. Безотходное производство, а это один из принципов «зеленой» химии, — единственный способ предотвратить превращение Арктики в мертвую зону.

Одним из важнейших процессов, использующихся сейчас в «зеленой» химии, является реакция метатезиса (перестановки), в которой происходит разрыв двойной связи между атомами углерода и некоторая группа атомов занимает другое место в молекуле. За подробное исследование этой реакции в 2005 году была присуждена Нобелевская премия по химии. В своем пресс-релизе Шведская академия наук уподобляет метатезис танцу, в котором танцующая пара меняет своих партнеров. Как и в танце, такой процесс требует вмешательства третьих лиц, которыми в данном случае являются молибденовые и вольфрамовые катализаторы, а также промышленные рутениевые катализаторы.

Сейчас с помощью реакций метатезиса производят массу фармацевтических препаратов и полимеров. Благодаря исследованиям лауреатов этой Нобелевской премии, процессы перестановки становятся более эффективными, уменьшается количество вредных отходов, не требуется использование высоких температур, давления и опасных для окружающей среды реагентов.

Другим примером модной «зеленой» химии является получение микроскопических частиц золота (наночастиц) при восстановлении солей благородного металла — чем бы вы думали? — черным чаем сорта «Дарджилинг». Вообще-то изобретатели этого метода неоригинальны: в Средние века алхимики напряженно трудились над получением золота из ртути, а королевские лекари истирали золото в порошок и затем использовали его как лекарство для царственных особ. Хотя, конечно, частицы того порошка не достигали наноразмеров.

Надо сказать, особого успеха у средневековых лекарей при лечении монархов не наблюдалось. Если серебро проявило себя как бактерицидный агент, то физиологически инертное золото до последнего времени в медицине почти никак не использовалось. Только после открытия радиоактивных изотопов золота дьявольский металл стали активно применять в онкологии — изотоп можно ввести непосредственно в опухоль и уничтожать ее, при этом быстро выводить инертное золото из организма не обязательно.

Известен также и метод введения в клетки опухоли наночастиц золота, покрытых противоопухолевыми препаратами. Например, в опухоли предстательной и молочной желез. Однако наночастицы золота нужно еще получить. И вот в одном из американских университетов придумали восстанавливать золото из его растворов с помощью чая сорта «Дарджилинг». Не надо удивляться выбору химиков — все 9 авторов методики по происхождению индийцы. Заварка добавляется в раствор соли золота (хлороаурат натрия Na[AuCl 4]) и в результате получается темно-красный коллоидный раствор наночастиц золота. Чаинки приходится отфильтровывать. Вообще-то коллоидные растворы золота получают уже более ста лет, но авторы этой работы настаивают на «экологичности» метода и соответствии его принципам «зеленой» химии.

Как сложившееся понятие «зеленая» химия возникла не так давно, когда были сформулированы основные двенадцать принципов проведения химических процессов, не наносящих вреда природе и человеку:

1. Лучше предотвратить выброс загрязнений, чем потом от них избавляться.

2. Синтез следует планировать так, чтобы в конечный продукт вошло максимальное количество использованных материалов.

3. Следует планировать синтез так, чтобы реагентами и конечными продуктами служили вещества, которые малотоксичны или совсем нетоксичны для человека и природы.

4. Среди целевых химических продуктов следует выбирать такие, которые наряду с требуемыми свойствами обладают максимально низкой токсичностью.