Становление научного направления

0

 Становление научного направления на кафедре органической химии Кишиневского государственного университета  (1960-1965): «Принцип комплементарности в химических реакциях»

Воспоминания химика. М. А. Рехтер 

Принцип комплементарности относится к первому научному методу открытия химических реакций, основанном на анализе одной  или нескольких парах  противоположностей, в котором уравнение ре-акции, её механизм, включая строение конечного продукта, предсказаны до проведения экспериментов; физико-химические методы анализа предназначены подтвердить ожидаемую структуру конечного продукта (РСА, масс-спектрометрия).

В настоящее время очень широко развит экспериментальный метод открытия химических реакций, который начинается с проведения экспериментов, заканчивается выделением продукта реакций и определением его строения физико-химическими методами анализа.

Если ожидаемая структура конечного продукта оказывается совершенно иной, чем предполагалось, и подтверждается и в других экспериментах, делают вывод об открытии химической реакции.

Раличия между обoими методами очень велики. В принципе комплементарности для выявления (открытия) ещё неописанной реакции всегда используют уже исследованную общую реакцию и в конечном итоге получают также общую открытую реакцию, в эксперименталь-ном методе это наблюдается реже, чаще всего открытая реакция от-носится к частным, т. е. к таким, с помощью которой удаётся синтези-ровать ограниченное число веществ.

Второе различие между обоими методами: в принципе комплементар-ности создание новой реакции требует использование научного выбо-ра реактантов, во втором случае, хотя это и очень желательно, над этим вопросом как правило, не задумываются.

С точки зрения будущего развития органической химии научный ме-тод открытия химических реакций, основанных не только на основе принципа комплементарности, станут более предпочтительными и первым из них был описанный метод.

Но в настоящее время экспериментальный метод является и чаще всего применяемым и наиболее популярным. Среди химиков, начиная с лаборантов и кончая академиками, все работают одинаково: закончив процесс проведения реакции, выделив конечный продукт и очистив его общеизвестными методами, они отдают специалистам по физико-химическим методам анализа, которые и делают вывод об открытии химической реакции. В принципе комплементарности только исследователь вынужден формулировать сам пару противоположностей для открытия синтетической реакции.

Принцип комплементарности и его особенности.

Принцип комплементарности основан на анализе пары противо-положностей, допустимо и применение нескольких и даже многих пар. Главное требование, чтобы противоноложности различались до полной несовместимости до анализа (Н. Бор) и дополняли одна дру-гую после завершения анализа.

Химик по образованию, венгерский учёный Джон (Янош) фон Ней-ман, «отец компьютера», был, если не ошибаюсь, и основателем тео-рии математических игр, из которой следовало, чем выше степень рис-ка при выборе научной темы для исследований, тем выше вероятность выиграть и в такой же степени потерпеть неудачу. Естественно начи-нать следовало с самых общих реакций, но вскоре мы убедились, что до сих пор не найдены прямо противоположные их аналоги. Успех обозначился только на примерах менее общих реакций, способных до-полнять друг друга.

Общий вывод таков: сейчас ещё не следует считать, что модификации самых общих реакций не удаётся осуществить, необходимо в первую очередь разработать научные методы выбора реактантов и использовать и другие принципы научного открытия химических реакций.

Хронология развития событий.

Я окончил полный курс обучения на химическом факультете Киши-невского (Молдавского) государственного университета в 1960 году и по предложению заведующего кафедрой органической химии, проф.

Георгия Васильевича Лазурьевского оставлен работать там же. Энер-гично возражал отдел кадров университета. Начальница В. И. Бовыкина руководствовалась какими-то закрытыми инструкциями, но неугомонный Г. В. обратился за помощью к декану факультета, Нине Алексеевне Полотебновой, пользовавшейся всеобщим уважением и любовью студентов и преподавателей, происходившей из семьи зна-менитых русских учёных, участнице создания атомного оружия в СССР.

В период работы на кафедре  Георгий Васильевич знал о моей тяге и стремлении знать досконально теоретическую органическую химию, она давалась легко, вроде нечто само собой разумеющееся.

Начальница отдела кадров сдалась…

Так я стал старшим лаборантом, обеспечивающим проведение практикума. Холодильники только ещё начали поступать в продажу, организациям не продавали. Наблюдая за глыбами льда, привозимыми с хладокомбината, за приготовлением ледяной уксусной кислоты или легко замораживаемого диоксана, я уже через 6 месяцев сформулировал впервые принцип твёрдофазного низкотемпературного синтеза: смесь реактантов в минимальном объёме растворителя замораживают и выдерживают несколько дней при выбранной в экспериментах температуре в интервале –20 …-196°С. Выполненная вне планов работы кафедры, она не могла быть опубликована из-за опасений быть уволенным с работы за выполнение исследований без разрешения руководства кафедры. Впервые мы написали об этом методе в 1998 году!

Двойственное описание каждой пары противоположностей в статьях по химии дана нами в точном соответствии по физике в изложении М. Борна: «Физика в жизни моего поколения», Изд. ИЛ, М. 1963 год. Двойственное описание в идее комплементарности (до-полнительности) в физике. Под текстом «От издательства» на стр. 207 и 208.

Пофессор Макс Борн, иностранный член Академии наук СССР, извес-тен как выдающийся немецкий физик, который вместе с другими фи-зиками – прежде всего В. Гейзенбергом – внёс серьёзный вклад в раз-работку матричной формы квантовой механики. За работы по обоснованию статистических методов квантовой механики он удостоен Нобелевской премии.

Действительным же вкладом в наше мышление является идея дополнительности. Факт существования в такой точной науке, как физика, взаимоисключающих и дополняющих ситуаций, которые не могут быть описаны в одних и тех же понятиях, а требуют для себя двойственного способа выражения, должен иметь влияние и, я думаю, благотворное влияние на другие области человеческой деятельности и мысли. И здесь опять Нильс Бор указал нам путь. О детерминизме см. «Статистика в физике», стр. 58-59.

Позвольте мне закончить лекцию одним замечанием по поводу определения метафизики, данного Расселом, с которого я начал: метафизика – попытка постичь мир как целое с помощью мысли.Имеет ли какое-нибудь значение для решения этой проблемы гносеологический урок, преподанный нам физикой ? Я думаю, что да, ибо он показывает, что даже в ограниченных областях описание всей системы в единственной картине невозможно. Существуют дополни-тельные образы, которые одновременно не могут применяться, но ко-торые тем не менее друг другу не противоречат и которые только сов-местно исчерпывают целое. Это весьма плодотворное учениеБ и при правильном применении оно может сделать излишним многие острые споры не только в философии, но и в о всех областях жизни.

См. стр. 84, 265, 429-432.    

Злосчастная судьба протекала по одному и тому же «сценарию» — всё задуманное или очень трудно решаемые проблемы, что задавали мне руководители институтов химии и биологической защиты, реша-лись быстро и квалифицированно, но всегда наблюдалось одно и то же- развитие событий в жизни уничтожали или сводили почти — на- нет- достигнутое. Так было и в этот раз. Основатель химии природных соединений в Молдавии, проф. Г. В. Лазурьевский не успел дать мне тему диссертационной работы, а в 1961 году одновременно открыли Республиканскую Академию Наук (АН) и политехнический институт. Сразу появилась масса престижных должностей, включая зав. кафедрами. Кадры со стороны не приглашали, а использовали химфак для заполнения вакансии. Все три основателя научных школ по координа-ционным соединениям, полярографии и химии природных соедине-ний, избранные академиками, тут же перешли на работу в институт химии, заняв должности зав. лабораториями. Оставшиеся двое проф. на химфаке почти не работали творчески. От такого удара химфак не оправился. Педагогическая нагрузка на оставшихся выросла до неи-моверного уровня. Мы приходили на работу к 800 утра и уходили в 11-12 ч вечера в 1ом семестре, во втором было легче. Меня срочно переве-ли на должность ассистента, с обязательным чтением курса химии би-ологам и почвоведам.

В 1960 году появилась в продаже одна из знаменитых книг – «Перспективы развития органической химии» под редакцией  А. Тодда, сос-тоящая из ряда обзоров, написанных крупнейшими специалистами. Она оказала на меня большое влияние и обзор Владимира Прелога «Значение многозвенных циклических соединений в теоретической органической химии», послуживший в последствии при формулировке первой пары противоположностей. После подробного знакомства

с некоторыми статьями я принял твёрдое решение начать систематическое изучение обзоров по химическим реакциям до тех пор, пока не смогу сказать себе: к профессии химика-практика добавлена и специальность теоретика в этой области.

Любимой теоретической химии уделялось не меньше внимания. А способность самому себе сформулировать методики синтезов получены в результате подробного знакомства с множеством методик в Сборниках органических соединений с прекрасными примечаниями. Высокая квалификация химика-органика появилась не вдруг, а в результате многолетнего труда. Сама жизнь сделала меня химиком-одиночкой.

После ухода проф. Г. В. Лазурьевского в АН, новым заведующим ка-федрой стал А. М. Шур. Он не сумел сформулировать мне тему диссер-тационной работы и я решил сделать это сам. Вечно задавая себе вопрос, как можно ещё иначе выполнить методику любого синтеза, я не мог не прийти к выводу, что лучшим ответом на постановку вопроса является принцип комплементарности в химических реакциях (1961).

Спустя два года впервые удалось распространить последний и на химию и химические реакции.

Для специалиста-химика. 1963 год – написана статья.

Новый принцип образования макроциклов.

Анализ первой пары противоположностей (1962 год).

Анализ пары противоположностей в синтезе макроциклов:

Принцип Руггли: сильное разбавление реакционной массы растворителемСодержание первой противополож ности Принцип максимального сближения молекул в минимальном объёме растворителяСодержание второй противоположности
Длинные бифункциональные моле кулы циклизуются в макроциклы по внутримолекулярному механиз му при сильном разбавлении реакционной массы растворителем. Длинные бифункциональные молекулы циклизуются в макроциклы по механизму межмолекулярной циклизации низкотемпературного твердофазного синтеза, в минемальном объёме растворителя.
Реакцию осуществляют при нагре вании. Реакцию проводят в замороженной реакционной смеси.
Реакцию образования макроциклов проводят без участия дополнительных веществ. Ориентиры: удвоение Na-ацетил-ацетоната йодом и ацетоуксусного эфира формальдегидом, описанные в литературе. ПП- противоположность. Более краткое изложение на англйском языке см. в статье № 5. Реакцию осуществляют межмолекулярным удвоением метиленразделенных бис 1,3-дикетонов (кетоэфиров) или β-кетосульфонов, образующихся по реакции Кори с помощью йода или формальдегида (Реакция Рабе). Формальдегид является реактантом: его атом углерода входит в макроцикл.

Что из этого получилось, показано ниже на первом же примере в статье № 4 (****). № 4 и четыре звёздочки означают одно и то же, статья была подготовлена к напечатанию четвёртой по счёту, звёздочка-ми отмечены и другие материалы, посланные и полученные из редакции, отзывы о работах и т. д.

Выполнение диссертационной темы требовало одно: до решения обратиться к шефу, чтобы он стал научным руководителем. Никто не должен был знать о моих занятиях: 100%-ная угроза увольнения с работы гарантировалась.Поэтому я выполнял все эти работы по вечерам, субботам-воскресеньям, и особенно в двухмесячных отпусках преподавателей. Все записи проводились в отдельной тетради, я приносил её утром на работу и не забывал уносить вечером домой. Это длилось столько десятилетий, сколько мне пришлось работать в химии!

Поэтому принцип комплементарности в химии и химических реакциях  исследовался без научного руководителя.

На кафедре не было приборов для определения строения полученных веществ, поэтому планирование открытия новой реакции считалось наиболее удачным, если она с одной стороны была открыта без принципа комплементарности, а с другой – на основе принципа. Конечный продукт в обоих случаях должен быть одинаковым по Т. пл. и особен-но спектральным данным. Многолетнее изучение химических реак-ций дали свои плоды – новоявленный химик-теоретик научился быс-тро и квалифицировано формулировать пары противоположностей.

Итак, в 1962 – 1965 гг были сформулированы три новые реакции на основе принципа комплементарности: синтез макролидов по межмолекулярному механизму удвоения бисметиленразделённых 1,3-дикетонов (β-кетоэфиров и β-кетосульфонов в минимальном объёме замороженного растворителя), единый подход к синтезу тропонов, трополонов и солей тропилия по механизму альдольной конденсации и индо-линдиониндольная перегруппировка.

Зав. вафедрой А. М. Шур отказался стать научным руководителем диссертации.

Мне ничего не оставалось, как уволиться с работы: каждый раз Мол-давская Республика посылала в разные университеты и институты группы молдован, которые не только кончали курсы обучения, но и приезжали домой с защищёнными диссертациями. Летом 1965 года на кафедру пришёл Главный учёный секретарь Президиума АН, академик Г. В. Лазурьевский и предложил мне поступить в аспирантуру института химии специализироваться по химии углеводов в институте химии природных соединений АН СССР (Москва). Прирождённый преподаватель, как называли меня студенты, уходил из университета, в который так трудно был принят, и как видно из изложенного, не по моей вине из-за отсутствия способностей.

Другими словами, когда пришло время пожинать плоды после столь-ких усилий, появилась преграда, преодолеть которую не сумел.

И это повторялось от начала до сегодняшнего дня, хотя официально не работаю с 1998 г. Не в университете, так при запоздалом на десяти-летия печатании научных статей… Не всё ли равно, по какой причине.

Борис Рехтер (1947) окончил химфак Кишиневского государственного университета в 1970 году. В Молдавской республике очень трудно было химику-органику устроиться на работу по специальности, поэтому пришлось поступить в химико-аналитическую лабораторию станции защиты растений, на основе которой впоследствии создан всемирно известный институт защиты растений юго-западных районов СССР. В этом институте он работал все годы, очень наблюда-тельный и тонкий экспериментатор, с желанием работать в органи-ческой химии. Он был первым и единственным моим помощником в развитии принципа комплементарности в химических реакциях.

В последние годы был соавтором важных работ в индолиндион-ин-дольной перегруппировке и синтезе енаминов. В 2001-2002 годах бы-ли написаны три статьи, котоые до сих пор не опубликованы. Он соав-тор двух первых публикаций, в которых рассматривались основы принципа комплементарности в химических реакциях, опубликован-ных в 2010-2012 годах международным журналом «Химия гетероцик-лических соединений».

Мы уделили особое внимание цепочкам превращений комплексов на основе четвёртого внутримолекулярного механизма реакций замещения, до сих пор не опубликованного. Внутримолекулярный механизм рассматривался на примерах комплексов природных рядов уран-ра-дия, уран-актиния и тория, интересны и примеры изомерии комплек-сов одинакового строения, но с несколько различающимися молеку-лярными массами за счёт различий в изотопах центральных ионов.

М. А. Рехтер и Б. А. Рехтер пришли к выводу о возможности использовать физико-химические методы анализа в радиохимии, что до сих пор считалось совершенно невозможным…

Поделиться.

Об авторе

Матвей Рехтер

Как и в каких условиях создавался принцип комплементарности – первый научный метод открытия химических реакций, в котором предсказаны уравнение реакции, её механизм и наиболее вероятная структура конечного продукта.

Прокомментировать

Лимит времени истёк. Пожалуйста, перезагрузите CAPTCHA.