Мода на хімію прийшла в минулому сторіччі. Вона відсунула всемогутню колись фізику, розкрила нові обрії перед біологією. Саме ця наука обіцяє незабаром змінити обличчя навколишнього світу. Найнесподіваніше при цьому, що великі перспективи — у хімії фтору. Цей вкрай агресивний елемент, який завдав стільки турбот першовідкривачам, обіцяє нешкідливі ліки від найнебезпечніших хвороб, речовини з небаченими властивостями, матеріали, яким немає рівних у природі.
Цікаво, що в Києві живе визнаний у світі лідер хімії фтору — професор Лев Ягупольський, провідний науковий співробітник Інституту органічної хімії НАНУ, заслужений діяч науки України. Ця людина буквально з нуля розвинула перспективний напрям і зробила київську школу хімії фтору класичною, відомою в усьому світі.
Фтор означає «руйнівний»
У таблиці Менделєєва дев’ятнадцяте місце займає елемент фтор, назва якого в перекладі зі старогрецької означає «руйнівний». Навіть вода горить у струмені фтору. Розповідають, що якось у лабораторії в хіміків стався його витік із балона. Дослідників урятувало тільки те, що вони встигли викинути балон із вікна й здалеку спостерігали захопливе видовище.
Серед хіміків, які намагалися одержати фтор, були й великі Гемфрі Деві й Майкл Фарадей, котрі відкрили чимало елементів. Але безуспішно! Багато хіміків навіть померли від отруєння фтористим воднем, не підозрюючи про його підступність. Ця речовина — рідина, що кипить за температури 19 градусів. Опіки від неї дуже болючі. Хімікам було зрозуміло: це сполука водню з чимось, що не було ще тоді відкрито.
Більше пощастило французькому хімікові професору Муассану. Він провів електроліз розчину фтористого калію у фтористому водні, одержав вільний фтор і доповів про це на засіданні Академі де Сьянс, дійсним членом якої він був.
Після цього відкриття почала розвиватися хімія фтору. Спочатку дуже повільно, але напередодні Другої світової війни її розвиток пішов буквально лавиною. 1938 року було випадково відкрито тефлон. Усе сталося за дуже несподіваних обставин — у лабораторії (США) одержали повністю фторований етилен і тримали його в балоні. Проте коли через кілька днів відкрили вентиль, то виявили, що газ кудись зник, а в балоні був... білий порошок.
З’ясувалося, що це полімер, який має унікальні властивості, — надзвичайну стійкість до дії хімічних агентів і нагрівання й майже абсолютну відсутність тертя. Його назвали тефлон. У нього була щаслива доля — полімер почали застосовувати в хімічних виробництвах, літакобудуванні, космічній техніці й побуті — для покриття гірських лиж, сковорідок, каструль.
А потім фтор виявив себе під час збагачення урану. Було ясно, що таку установку можна зробити з нікелю або платини, але як ізолювати щілини в центрифузі? Які мають бути матеріали для ізоляції й змазки?
Хіміки взялися за створення таких матеріалів. В основу було покладено хімічний принцип — «подібне з подібним». Так удалося створити перфторовані рідини, перфторовані полімери, м’які еластомери. Отож потреби атомної промисловості викликали до життя вибухоподібний розвиток хімії фтору. У 1940–1950-х роках цей напрям дістав колосальний розвиток у світі.
У Радянському Союзі все доводилося починати буквально з нуля. Роботи з хімії фтору не проводилися — це була біла пляма в науці. Академік А.Кипріанов запропонував молодому аспірантові Льву Ягупольському: «Займіться хімією фтору! Напевно, це буде дуже цікаво»…
Наукова школа: що залишається нащадкам?
Із приводу ролі наукових шкіл у світі виникає чимало суперечок. Одні обвинувачують їх у заморожуванні консервативних звичок, інші, навпаки, вважають, що з їхньою допомогою передається від покоління до покоління найцінніше — вміння робити справжню науку.
— Батько, — вважає Юрій Ягупольський, завідувач відділу хімії фтору з 1988 року, — це представник класичної хімічної школи. Нині зустріти у світі вченого, який так знає й відчуває всю органічну хімію, дуже важко, тому що вузька спеціалізація тисне на всіх.
Йому, безумовно, пощастило з науковим керівником — академіком А.Кипріановим, котрий представляв такий напрям у вітчизняній науці, як хімія барвників і теорія кольоровості. Андрій Іванович до того ж був доброю й уважною людиною, яка подбала про те, щоб його найталановитіших учнів оминули тяготи життя.
Не меншу роль у формуванні вченого відіграла і його сім’я. Щоб виріс видатний учений, він не обов’язково має виховуватися в академічному середовищі.
— Мої батьки, — розповідає Лев Ягупольський, — жили в селі Балабанівка близько Умані, куди потім ми переїхали. Батько закінчив училище, а мати здобула освіту в гімназії. До революції батько мав млин. Усі селяни знали дядька Мусія, у якого можна було змолотити зерно. Він не відмовляв, навіть, якщо не було грошей. Після революції батько працював на цегельному заводі й із властивою йому завзятістю вивчив усі тонкощі виготовлення вогнетривкої цегли. У перші місяці війни, коли потреба у ній для топок паровозів у країні різко зросла, дістав завдання їхати в Тамбов налагоджувати виробництво. Йому дозволили взяти з собою родину. Тому я місяць провчився в Саратовському університеті.
Разом з однокурсниками ходив у військкомат, щоб узяли на фронт. З останнього тоді четвертого курсу не брали, тому ми додумалися написати листа Сталіну й нас перевели до Військової академії хімзахисту. Через шість місяців нас відправили на фронт начальниками хімічних служб стрілецьких полків. Головним нашим завданням було протидіяти можливому застосуванню супротивником бойових хімічних отруйних речовин.
Таланту потрібен янгол-охоронець, бездара
прорветься сам
— Після війни я повернувся доучуватися в Київський університет. Тут мені дуже пощастило — керівником дипломної роботи був академік А.Кипріанов. Андрій Іванович сказав мені, що в нього в академії є місце в аспірантурі, й запропонував його мені. Це була дуже приваблива пропозиція — А.Кипріанов був директором Інституту органічної хімії, завідував кафедрою в університеті й був віце-президентом Академії наук України.
Проте після закінчення університету, коли постало питання про розподіл, мене викликали в ректорат КДУ, де засідала комісія на чолі з ректором, і запропонували поїхати працювати... заступником редактора харківської обласної газети. На мої заперечення, що я хімік і люблю свій фах, відповіли: «Харків — місто студентів і промисловий центр, і ви поїдете туди для зміцнення преси».
У розгубленості я вийшов на вулицю й випадково зустрів А.Кипріанова. Він запитує: «Чого ви такий блідий?» Я йому розповів, який розподіл мені запропонували. Андрій Іванович не стримався: «Вони що, з глузду з’їхали?..»
В аспірантурі молодий дослідник почав вивчати сполуки фтору. Школа А.Кипріанова завжди була знаменита класичними роботами у галузі хімії барвників. Його особливо цікавив зв’язок між будовою речовини й забарвлення — теорія кольоровості. Така постановка завдання дозволила розробити унікальні методи дослідження й осягнути багато принципів взаємозв’язку будови й забарвлення речовин. Андрій Іванович займався ціаніновими барвниками, які збільшують чутливість кольорової плівки у певних частинах спектра. Л.Ягупольський уперше синтезував ціанінові барвники, що містять фтор, і відразу ж одержав цікаві результати.
Висока міцність зв’язку фтору з вуглецем дозволяє фторованим сполукам мати унікальні інформаційні й біологічні властивості. Велике значення має підвищення ліпофільності, тобто підвищення можливості молекули розчинятися в ліпідних шарах. На цих властивостях грунтується широке застосування фторованих сполук, які є поверхово активними речовинами, чудовими емульгаторами — речовинами для гасіння пожеж. У пожежників є фторовмісна «легка вода», що швидко локалізує пожежі. Нею за лічені хвилини можна погасити нафтовий факел.
Нині методи введення атомів фтору й фторовмісних угруповань розвинені так, що важко уявити хоча б одну галузь сучасної технології без застосування хімії фтору. У цьому величезна заслуга й професора Л.Ягупольського. Українська школа органіків має філії в Одесі, Харкові, Полтаві.
Лев Мойсейович із теплотою розповідає про свій колектив, про те, як він буквально крупинка до крупинки його збирав.
— Наприклад, — розповідає вчений, — 40 років тому до мене прийшла 18-річна дівчина. Розповіла, що вона токар, але хоче працювати хіміком. Чому?.. Виявляється, на заводі чоловіки, які працюють поруч, так лаються, що вона не витримує. Крім того, вона зі шкільної лави любить хімію. Їй надали місце у відділі, й ця дівчина пішла вчитися в університет на вечірнє відділення, потім в аспірантуру, захистила кандидатську й докторську дисертації й досі успішно працює.
«Органічна хімія — це не тільки наука, але й ремесло», — любив казати інший визначний український хімік, академік О.Кірсанов. — Ми як хіміки, котрі опанували це ремесло, на Заході на вагу золота. Брак коштів призводить до того, що ми не можемо купувати вихідні речовини за товстими каталогами, за якими всі хіміки світу купують їх дуже давно. Ми синтезуємо багато чого самі від початку й до кінця. І нині будь-який кандидат наук, навіть студенти, вміють дуже багато чого робити своїми руками, тоді як хімік на Заході при потребі пірнає в довідник і відправляє замовлення — у них гроші для цього є».
Ненатуральна хімія, або Фтор лікує
Тривалий час хімію фтору в середовищі вчених називали ненатуральною. Здавалося, що вона народилася в пробірці й приречена бути чимось далеким від органічного життя. Хоча незабаром, на подив хімікам, фреони знайшли в вулканічних газах на Камчатці. Там, де магма підходить дуже близько до поверхні, трапляється апатит і утворюються прості фреони. У природі виявили всього 11 органічних сполук фтору, серед них похідні монофторооцтової кислоти. У Африці знайшли рослини, що ростуть на землях, де є фториди. Виявилося, що вони містили похідні дуже токсичної монофторооцтової кислоти. Худоба поїдала такі рослини й отруювалася.
Нині вже знайдено бактерії, здатні замість звичайної амінокислоти синтезувати органічні фторовмісні речовини.
У великого фантаста Івана Єфремова є оповідання про планету, на якій замість води — фтористий водень. Замість кисню — фтор. Колись це здавалося цілковитою фантастикою, а нині стає реальністю. Вже зрозуміло, що фтор можна використовувати в біохімічних перетвореннях. Тобто фтор не далекий природі як такій.
— Із лікарськими препаратами, — згадує Лев Мойсейович, — я почав працювати мало не з самого початку моєї кар’єри. Перший препарат, технологію якого ми розробили, — синтоміцин, потім його було розділено на оптичні ізомери й перетворено на левоміцетин. Це було завдання, яке інститут дістав у 1950-ті роки, і ми впровадили синтоміцин у Києві на хімфармзаводі ім.Ломоносова.
Спочатку цей антибіотик було відкрито в грунті Венесуели як продукт життєдіяльності мікроорганізмів. Американські хіміки встановили його формулу й опублікували в «Нью-Йорк Таймс». Хіміки всіх країн світу відразу ж почали розробляти технологію його одержання. Ми розв’язали цю проблему разом із московськими колегами.
Потім був наступний етап — розробка технології одержання рентгеноконтрастних речовин, потрібних для одержання рентгенівських знімків м’яких тканин, а іноді й кровоносних судин. Практично весь спектр цих речовин удалося розробити й впровадити в Києві. Особливо хочеться відзначити їх застосування для діагностики судин головного мозку, яку ми з професором Педаченком (старшим) здійснили вперше у світі. При зустрічі він мені сказав: «Ви навіть не знаєте, що ви — батько ангіографії мозку».
Було б дуже некоректно розповідати тільки про те, що вдалося зробити. На жаль, нам слід більше говорити й про наші невдачі, які призводили й призводять до колосальних втрат. Як роблять міжнародні фірми? Вони вкладають мільйони, аби заробити мільярди. А в нас в Україні немає центру біологічних випробувань наших препаратів. Така своєрідна «економія» призводить до того, що великі фірми купують наші продукти за копійки. Між тим, це — напрям, на якому Україна могла б заробити дуже серйозні гроші.
У нас є багато медінститутів, і в кожному з них є фармакологічна лабораторія, де можна налагодити випробування препаратів різних напрямів. Нині українські фармацевтичні заводи майже не займаються синтезом. Так ми відітнули себе від дуже вигідної справи.
Іноді доходить до абсурду. Приміром, Борщагівський хімфармзавод готується до випуску фторовмісного препарату для лікування хвороби Паркінсона. Американці взяли патент на цей препарат, у якому написано, що його вперше виготовлено в Україні, й вказано моє прізвище як автора. Я його колись описав у публікації. Упаковка такого препарату коштує 2500 грн. Хто з пенсіонерів може платити таку ціну?
Нині ми розробили нову технологію його одержання, взяли патент України, провели клінічні випробування препарату в Харкові, й Борщагівський завод випускатиме його за доступною ціною. До речі, сам препарат у нас буде чистіший за американський аналог, тому що ми розробили досконалішу технологію. І цього року він надійде до аптек.
Фторовмісний гіпотензивний препарат форидон уже виробляє Борщагівський хімфармзавод. Там же напрацьовується для клінічних випробувань наш оригінальний фторовмісний активатор калієвих каналів — флокалін. Це кардіопротектор, який поліпшує мозковий кровообіг і, крім того, допомагає при захворюваннях сечостатевої системи. При цьому він малотоксичний.
Нині навіть не віриться, адже недавно вважалося, що фтор узагалі не можна використовувати для створення нових лікувальних препаратів. Фтору тоді побоювались — у нього була складна біографія: були відомі токсичні сполуки, такі як зарин і зоман — бойові отруйні речовини.
— У середині 1980-х в академіка В.Кухаря, — розповідає Юрій Львович, — я займався фторованими амінокислотами й пам’ятаю, як довелося на всесоюзному з’їзді з пептидів і білків доповідати. Із залу посипалися запитання: «Чим ви займаєтеся й як вам не соромно? Адже ця амінокислота з фтором потрапить в організм і там виділятиметься фтористий водень?» Навіть фахівці часом забували про те, що зв’язок фтор—вуглець — найміцніший хімічний зв’язок. Щоб його зруйнувати, треба докласти дуже серйозних зусиль.
P.S. В одному нарисі неможливо розповісти про всі досягнення київської школи хімії фтору. Але наприкінці хотілося б навести цитату німецьких колег із Кельнського університету, які так пояснили успіхи киян: «У нас в університеті робилися спроби повторити роботи деяких нобелівських лауреатів і їх не завжди вдавалося відтворити. Між тим, хоч скільки б ми працювали за вашими методиками, їх завжди можна повторити, тому що вони старанно підготовані»…