Мировой лидер химии фтора живет в Киеве

Мода на химию пришла в прошлом веке. Она подвинула всемогущую когда-то физику, раскрыла новые горизонты перед биологией. Именно эта наука обещает в ближайшие годы изменить лицо окружающего мира. Самое неожиданное при этом, что большие перспективы — у химии фтора. Этот крайне агрессивный элемент, доставивший столько хлопот первооткрывателям, обещает безвредные лекарства от опаснейших болезней, вещества с невиданными свойствами, материалы, которым нет равных в природе.

Интересно, что в Киеве живет признанный лидер химии фтора в мире — профессор Лев Ягупольский, ведущий научный сотрудник Института органической химии НАНУ, заслуженный деятель науки Украины. Этот человек буквально с нуля развил перспективное направление и сделал киевскую школу химии фтора классической, известной во всем мире.

Фтор означает «разрушающий»

В таблице Менделеева девятнадцатое место занимает элемент фтор, что в переводе с древнегреческого означает «разрушающий». Даже вода горит в струе фтора. Рассказывают, что однажды в лаборатории у химиков началась его утечка из баллона. Исследователей спасло только то, что они успели выбросить баллон из окна и издали наблюдали захватывающее зрелище.

Среди химиков, которые пытались получить фтор, были и великие Гемфри Дэви и Майкл Фарадей, открывшие ряд элементов. Но безуспешно! Многие химики даже умерли от отравления фтористым водородом, не подозревая о его коварстве. Это вещество — жидкость, которая кипит при температуре 19 градусов. Ожоги от нее весьма болезненные. Химикам было понятно, что это соединение водорода с чем-то, что еще не было тогда открыто.

Больше повезло французскому химику профессору Муассану. Он провел электролиз раствора фтористого калия во фтористом водороде, получил свободный фтор и доложил об этом на заседании Академи де Сьянс, действительным членом которой уже был.

После этого открытия начала развиваться химия фтора. Поначалу весьма медленно, но перед Второй мировой войной ее развитие пошло буквально лавинообразно. В 1938 году был случайно открыт тефлон. Все произошло при весьма неожиданных обстоятельствах — в лаборатории (США) получили полностью фторированный этилен и держали его в баллоне. Однако когда через несколько дней открыли вентиль, то обнаружили, что газ куда-то исчез, а в баллоне был… белый порошок.

Оказалось, что это полимер, обладающий уникальными свойствами, — чрезвычайной устойчивостью к действию химических агентов и нагреванию и — почти абсолютным отсутствием трения. Его назвали тефлон. У него была счастливая судьба — полимер начали применять в химических производствах, самолетостроении, космической технике и в быту — для покрытия горных лыж, сковородок, кастрюль.

А затем фтор проявил себя при обогащении урана. Было ясно, что такую установку можно сделать из никеля или платины, но как изолировать щели в центрифуге? Какие должны быть материалы для изоляции и смазки?

Химики взялись за создание таких материалов. В основу был положен химический принцип — «подобное с подобным». Так удалось создать перфторированные жидкости, перфторированные полимеры, мягкие эластомеры. Таким образом потребности атомной промышленности вызвали к жизни взрывообразное развитие химии фтора. В 40—50-х годах это направление получило колоссальное развитие в мире.

В Советском Союзе все приходилось начинать буквально с нуля. Работы по химии фтора не проводились — это было белое пятно в науке. Академик А.Киприанов предложил молодому аспиранту Льву Ягупольскому: «Займитесь химией фтора! Наверное, это будет очень интересно»…

Научная школа: что остается потомкам?

По поводу роли научных школ в мире возникает немало споров. Одни обвиняют их в замораживании консервативных привычек, другие, наоборот, считают, что с их помощью передается из поколения в поколение самое ценное — умение делать настоящую науку.

— Отец, — считает Юрий Ягупольский, который заведует отделом химии фтора с 1988 года — это представитель классической химической школы. Сейчас встретить в мире ученого, который так знает и чувствует всю органическую химию, очень трудно, потому что узкая специализация давит на всех.

Ему, безусловно, повезло с научным руководителем — академиком А.Киприановым, который представлял такое направление в отечественной науке, как химия красителей и теория цветности. Андрей Иванович к тому же был добрым и внимательным человеком, позаботившимся о том, чтобы его талантливых учеников обошли тяготы жизни.

Не меньшую роль в формировании ученого сыграла и его семья. Чтобы вырос выдающийся ученый, он не обязательно должен воспитываться в академической среде.

— Мои родители, — рассказывает Лев Ягупольский, — жили в селе Балабановка, расположенном возле Умани, куда затем переехали. Отец закончил училище, а мать получила образование в гимназии. До революции отец имел мельницу. Все селяне знали дядьку Мусия, у которого можно было смолоть зерно. Он не отказывал даже в том случае, если не было денег. После революции отец работал на кирпичном заводе и с присущим ему упорством изучил все тонкости изготовления огнеупорного кирпича. В первые месяцы войны, когда необходимость в нем для топок паровозов в стране резко возросла, получил задание ехать в Тамбов налаживать производство. Ему позволили взять с собой семью. Поэтому я месяц проучился в Саратовском университете.

Вместе с однокурсниками ходил в военкомат, чтобы взяли на фронт. С последнего тогда четвертого курса не брали, поэтому мы додумались написать письмо Сталину и нас перевели в Военную академию химзащиты. Через шесть месяцев нас отправили на фронт начальниками химических служб стрелковых полков. Главной нашей задачей было противодействие возможному применению противником боевых химических отравляющих веществ.

Таланту нужен ангел-хранитель, бездарь прорвется сама

— После войны я вернулся доучиваться в Киевский университет. Здесь мне очень повезло — руководителем дипломной работы был академик А.Киприанов. Андрей Иванович сказал мне, что у него в академии есть место в аспирантуре, и предложил его мне. Это было очень заманчивое предложение — А.Киприанов был директором Института органической химии, завкафедрой в университете и вице-президентом Академии наук Украины.

Однако после окончания университета, когда встал вопрос о распределении, меня вызвали в ректорат КГУ, где заседала комиссия во главе с ректором, и предложили поехать работать… заместителем редактора харьковской областной газеты. На мои возражения, что я химик и люблю свою специальность, ответили: «Харьков — город студентов и промышленный центр, и вы поедете туда для укрепления прессы».

В растерянности я вышел на улицу и случайно встретил А.Киприанова. Он спрашивает: «Что вы такой бледный?» Я ему рассказал, какое распределение мне предложили. Андрей Иванович не сдержался: «Они что с ума сошли?..»

В аспирантуре молодой исследователь начал изучать соединения фтора. Школа А.Киприанова всегда была знаменита классическими работами в области химии красителей. Его особенно интересовала связь между строением вещества и окраской — теория цветности. Такая постановка задачи позволила разработать уникальные методы исследования и постичь многие принципы взаимосвязи строения и окраски веществ. Андрей Иванович занимался цианиновыми красителями, увеличивающими чувствительность цветной пленки в определенных частях спектра. Л.Ягупольский впервые синтезировал цианиновые красители, содержащие фтор, и сразу же получил интересные результаты.

Высокая прочность связи фтора с углеродом позволяет фторированным соединениям обладать уникальными информационными и биологическими свойствами. Большое значение имеет повышение липофильности, то есть повышение возможности молекулы растворяться в липидных слоях. На этих свойствах основано широкое применение фторированных соединений, являющихся поверхностно активными веществами, прекрасными эмульгаторами — веществами для тушения пожаров. У пожарных есть фторсодержащая «легкая вода», которая быстро локализует пожары. Ею за считанные минуты можно потушить нефтяной факел.

Сейчас методы введения атомов фтора и фторсодержащих группировок развиты до такой степени, что трудно представить хотя бы одну область современной технологии без применения химии фтора. В этом огромная заслуга и профессора Л.Ягупольского. Украинская школа органиков имеет филиалы в Одессе, Харькове, Полтаве.

Лев Моисеевич с теплотой рассказывает о своем коллективе, о том, как он буквально по крупицам его собирал:

— К примеру, — рассказывает ученый, — 40 лет назад ко мне пришла 18-летняя девушка. Рассказала, что она токарь, но хочет работать химиком. Почему?.. Оказывается, на заводе мужчины, работающие рядом, так ругаются, что она не выдерживает. Кроме того, она со школьной скамьи любит химию. Ей предоставили место в отделе, и эта девушка пошла учиться в университет на вечернее отделение, затем в аспирантуру, защитила кандидатскую и докторскую диссертации и до сих пор успешно работает.

«Органическая химия — это не только наука, но и ремесло» — любил говорить другой замечательный украинский химик, академик А.Кирсанов. Мы как химики, овладевшие этим ремеслом, на Западе на вес золота. Отсутствие средств приводит к тому, что мы не можем покупать исходные вещества по толстым каталогам, по которым все химики мира покупают их очень давно. Мы синтезируем многое сами от начала и до конца. И сегодня любой кандидат наук, даже студенты умеют очень многое делать своими руками, тогда как химик на Западе при необходимости «ныряет» в справочник и отправляет заказ — у них деньги для этого есть.

Ненатуральная химия, или фтор лечит

Долгое время химию фтора в среде ученых называли ненатуральной. Казалось, что она родилась в пробирке и обречена быть чем-то далеким от органической жизни. Хотя вскоре, к удивлению химиков, фреоны были найдены в вулканических газах на Камчатке. Там, где магма подходит очень близко к поверхности, попадается апатит и образуются простенькие фреоны. В природе было обнаружено всего 11 органических соединений фтора, среди них производные монофторуксусной кислоты. В Африке нашли растения, растущие на землях, где есть фториды. Оказалось, что они включали производные весьма токсичной монофторуксусной кислоты. Скот, который поедал такие растения, травился, так как они содержали очень сильный яд.

В настоящее время уже найдены бактерии, способные синтезировать органические фторсодержащие вещества. Бактерия вместо обычной аминокислоты может синтезировать фторсодержащую.

У великого фантаста Ивана Ефремова есть рассказ о планете, на которой вместо воды — фтористый водород. Вместо кислорода — фтор. Когда-то это казалось полной фантастикой, а сейчас становится реальностью. Уже понятно, что фтор можно использовать в биохимических превращениях. То есть фтор не чужд природе как таковой.

– С лекарственными препаратами, — вспоминает Лев Моисеевич, — я начал работать едва ли не с самого начала моей карьеры. Первый препарат, технологию которого мы разработали, — синтомицин, затем он был разделен на оптические изомеры и превращен в левомицетин. Это было задание, которое институт получил в 50-е годы, и мы внедрили синтомицин в Киеве на химфармзаводе им. Ломоносова.

Первоначально этот антибиотик был открыт в почве Венесуэлы как продукт жизнедеятельности микроорганизмов. Американские химики установили его формулу и опубликовали в «Нью-Йорк таймс». Химики всех стран мира сразу же начали разрабатывать технологию его получения. Мы решили эту проблему совместно с московскими коллегами.

Затем был следующий этап — разработка технологии получения рентгеноконтрастных веществ, необходимых для получения рентгеновских снимков мягких тканей, а иногда и кровеносных сосудов. Практически весь спектр этих веществ удалось разработать и внедрить в Киеве. Особо хочется отметить их применение для диагностики сосудов головного мозга, которую мы с профессором Педаченко (старшим) осуществили впервые в мире. При встрече с ним он мне сказал: «Вы даже не знаете, что являетесь отцом ангиографии мозга».

Было бы весьма некорректно рассказывать только о том, что удалось сделать. К сожалению, нам следует больше говорить и о наших неудачах, которые приводили и приводят к колоссальным потерям. Как поступают международные фирмы? Они вкладывают миллионы, чтобы заработать миллиарды. А у нас в Украине нет центра биологических испытаний наших препаратов. Такая своеобразная «экономия» приводит к тому, что крупные фирмы покупают наши продукты за копейки. В то время как это направление, на котором Украина могла бы заработать очень серьезные деньги.

У нас есть много мединститутов, и в каждом из них имеется фармакологическая лаборатория, где можно наладить испытание препаратов разного направления. Сейчас украинские фармацевтические заводы почти не занимаются синтезом. Так мы отсекли себя от очень выгодного дела.

Иногда доходит до абсурда. К примеру, Борщаговский химфармзавод готовится к выпуску фторсодержащего препарата для лечения болезни Паркинсона. Американцы взяли патент на этот препарат, в котором написано, что он впервые изготовлен в Украине, и приведена моя фамилия как автора. Я его когда-то описал в публикации. Упаковка такого препарата стоит 2500 грн. Кто из пенсионеров может уплатить такую цену?

Сейчас мы разработали новую технологию его получения, взяли патент Украины, провели клинические испытания препарата в Харькове, и Борщаговский завод будет выпускать его по доступной цене. Кстати, сам препарат у нас будет чище, чем американский аналог, потому что мы разработали более совершенную технологию. И в этом году он поступит в аптеки.

Фторсодержащий гипотензивный препарат форидон уже производится Борщаговским химфармзаводом. Там же нарабатывается для клинических испытаний наш оригинальный фторсодержащий активатор калиевых каналов — флокалин. Это кардиопротектор, который улучшает мозговое кровообращение и, кроме того, помогает при заболеваниях мочеполовой системы. Важно, что при этом он малотоксичен.

Сегодня даже не верится, что еще недавно были времена, когда считалось, что фтор вообще не может быть использован для создания новых лекарственных препаратов. Фтора тогда побаивались — у него была сложная биография: были известны токсичные соединения, такие как зарин и зоман — боевые отравляющие вещества.

— В середине 80-х у академика В.Кухаря, — рассказывает Юрий Львович, — я занимался фторированными аминокислотами и помню, как пришлось на всесоюзном съезде по пептидам и белкам делать доклад. Из зала посыпались вопросы: «Чем вы занимаетесь и как вам не стыдно? Ведь эта аминокислота с фтором попадет в организм и там будет выделяться фтористый водород?» Даже специалисты порой забывали о том, что связь фтор—углерод — самая прочная химическая связь. Чтобы ее разрушить, надо приложить очень серьезные усилия.

P. S. В одном очерке невозможно рассказать о всех достижениях киевской школы химии фтора. Но в заключение хотелось бы привести цитату немецких коллег из Кельнского университета, которые так объяснили успехи киевлян: «У нас в университете делались попытки повторить работы некоторых нобелевских лауреатов и их не всегда удавалось воспроизвести. А сколько бы мы ни работали по вашим методикам, их всегда можно повторить, потому что они тщательно подготовлены»…