- •1. Основная проблема химии
- •2. История химии как закономерный процесс смены способов решения ее основной проблемы
- •3. Принцип субординации дискретных уровней развития научного знания — основной принцип классификации науки
- •4. Принцип гомологии, или принцип уплотнения научной информации, и его значение для изучения химии
- •5. Иерархия дискретных уровней научного знания — основание теории развития химии
- •Литература
- •1. Решение проблемы химического элемента
- •2. Развитие учения о периодичности и теории валентности
- •3. Решение проблемы химического соединения
- •4. Учение о составе и появление технологии основных неорганических веществ
- •Литература
- •111 Химии. Вторая концептуальная
- •1. Возникновение первых структурных представлений
- •2. Эволюция понятия структуры в химии
- •3. Конец антиномии «структура — динамика»
- •4. Новые проблемы структурной химии
- •5. Пределы структурной химии. Ограниченность химической технологии, основанной на принципах структурных теорий
- •IV о химическом процессе.
- •1. Логические основы учения о химическом процессе
- •2. Рост исследований многофакторности кинетических систем — первая и основная тенденция развития учения о химическом процессе
- •3. Химия каталитическая и химия экстремальных состояний
- •4. Исследование гидродинамических факторов
- •6. Математическое моделирование в учении о химическом процессе
- •7. Новые методы управления химическими процессами. Спиновая химия
- •Литература
- •V концептуальная система.
- •1. «Лаборатория живого организма» — идеал химиков
- •2. Изучение ферментов в русле биохимии и биоорганической химии
- •3. Пути освоения каталитического опыта живой природы
- •4. Самоорганизация химических систем — основа химической эволюции
- •5. О понятиях «организация»
- •6. О различных подходах к проблеме самоорганизации предбиологических систем
- •7. Общая теория химической эволюции и биогенеза а. П. Руденко
- •8. Нестационарная кинетика и развитие представлений об эволюции химических систем
- •9. Явления саморазвития химических систем
- •Литература
- •VI и химического производства
- •2. Особенности интенсификации развития химии как науки и производства
- •3. Возможно ли предвидение научных открытий?
- •4. Пути интенсификации химических процессов
- •5. Наиболее перспективные направления исследований в области химии экстремальных состояний
- •6. Пути интенсификации развития химии и химического производства посредством катализа
- •7. Теория химической технологии вместо «технического оформления процессов» — важный путь интенсификации химического производства
- •8. О резервах интенсификации развития химии на уровне двух первых концептуальных систем
- •Литература
- •Глава 1. Основная проблема химии '4
- •Глава 1. Возникновение первых структурных представлений . . 75
- •Глава 1. Логические основы учения о химическом процессе . . .108
- •Глава V
- •Глава VI
1. «Лаборатория живого организма» — идеал химиков
Взгляды на живую природу, которые в XVIII— XIX вв. были связаны со слепым поклонением сверхъестественной «жизненной силе», в литературе получили название витализма. Как учение, объясняющее процессы жизнедеятельности действием нематериальных факторов, витализм был когда-то присущ и биологии, и химии. Однако, возникнув преимущественно на почве гносеологических трудностей познания живого, он уже в начале XIX в. под влиянием первых успехов химических исследований органической природы стал утрачивать в химии свой прежний авторитет. Более того, на смену этому витализму, с явно идеалистическим оттенком, в середине XIX в. пришел другой, до известной степени противоположный первому: в нем сохранился термин «жизненная сила», сохранилось понятие жизненной силы, а вместе с ними история сохранила за ним и название витализма. Но его сущностью стало то направление исследований, которое приводило к выводам о несводимости живой природы к механическим, физическим или Даже химическим системам. Этот новый витализм в трудах осново-
171
положников классической органической химии базировался на представлениях о жизненной силе как сугубо материальном, а не сверхъестественном начале.
Показательной в этом отношении является эволюция взглядов Я. Берцелиуса, одного из основателей органической химии. Воспитанный на идеях «ортодоксального витализма», Берцелиус с самого начала XIX в. отмечал удивительное совершенство живой природы и загадочность тех причин, которые обусловили это совершенство. Подобно другим ученым, он тоже прибегал к понятию жизненной силы. Вместе с тем Берцелиус постоянно искал способы выяснения этих причин отнюдь не в сверхъестественных силах.
С 1812 г., со времени открытия К. С. Кирхгофом реакции гидролиза крахмала под влиянием незначительного количества серной кислоты, наблюдал Берцелиус за ходом первых каталитических открытий. Разложение аммиака на металлах, осуществленное в 1813 г. Л. Тенаром; окисление метана кислородом воздуха на платине, открытое в 1817 г. Г. Дэви; самовозгорание водорода и органических веществ на платине, обнаруженное в 1820—1822 гг. и Деберейнером,— все это Берцелиус объединил в 1835 г. в одно целое, назвал катализом и увидел в нем связующее звено между неорганической и живой природой.
«Если мы обратимся теперь с этой идеей к химическим процессам в живой природе, — пишет Берцелиус в своем ежегоднике за 1835 год, — то перед нами открывается совершенно новый источник света. Когда мы видим, как природа откладывает диастаз в глазках картофеля.., то мы познаем тот способ, которым нерастворимый крахмал при помощи каталитической силы превращается в гумми и сахар, и окружение из глазков делается органом секреции для растворимых тел, из которых образуется сок в растущих зародышах. Отсюда, однако, еще не следует, что этот каталитический процесс должен быть единственным в жизни растений; наоборот, благодаря этому мы получаем обоснованный повод думать, что в живых растениях и животных происходят тысячи каталитических процессов и вызывают образование множества разнообразных химических соединений,для создания которых из общего сырого материала, растительного сока и крови мы никогда бы не могли усмотреть приемлемой причины и которую мы в будущем, может быть, откроем в каталитической силе органической ткани, из которой состоят органы живого тела» (цит. по [13]).
Катализ, а точнее биокатализ, — вот что Берцелиус называл основой основ лаборатории живого организма.
Идеалом совершенства каталитических превращений считали лабораторию живого организма также Ю. Либих, М. Бертло, А. Гофман, X. Ф. Шенбейн, Г. Г. Густавсон и многие другие химики XIX в.
Но и в XX в. химизм живой природы оставался идеалом исследователей. Интересно в этой связи напомнить о речи академика
172
А. Е. Арбузова, произнесенной им 16 мая 1930 г. в Казани по слу-ч; 125-летия Казанского университета [14]. Он говорил о «путях и целях химии»,—об ограниченных запасах нефти, «которых в лучшем случае может хватить на несколько десятков лет»; о катализе, который разрешил «вопрос искусственного получения жидкого топлива»; о необходимости экономии сырья и энергии при производстве материалов. Закончил же он свою речь такими словами: «Чем же химия будущего должна отличаться от химии настоящего? Подражание живой природе есть химия будущего!... И в тот день, когда в лаборатории будет синтезирован первый энзим, мы можем сказать, что наука получила в свои руки ключ, который она так долго и упорно ищет, — этот ключ к химии живой природы».
Много внимания вопросам ориентации на опыт живой природы уделяет Н. Н. Семенов. Здесь есть смысл привести хотя бы часть характеристики, которую дает он «химическому производству» живой природы: «Природа при зарождении и эволюции новых организмов создала молекулярные машины совершенно исключительной точности, быстроты действия и необычайного совершенства. Вспомним, например, вскрытый недавно химиками и биологами синтез больших белковых молекул со строгим чередованием аминокислот. В клетках имеются субмикроскопические сборные заводики— рибосомы, включающие в себя рибонуклеиновые кислоты как сборочные «машины». Каждый сорт коротких молекул транспортных рибонуклеиновых кислот захватывает один определенный вид аминокислот, несет их в рибосому и ставит каждую аминокислоту на свое место согласно информации, содержащейся в молекулах рибонуклеиновых кислот. Тут же к аминокислотам подходят катализаторы-ферменты и осуществляют «сшивку» аминокислот в одну молекулу белка со строгим чередованием. Это настоящий квалифицированный завод, строящий молекулы по плану, выработанному природой в процессе эволюции» [15, с. 192—193].
И далее: «Используя те же принципы, на которых построена химия организмов, в будущем (не повторяя в точности природу) можно будет построить новую химию, новое управление химическими процессами, где начнут применять принципы синтеза себе подобных молекул, по принципу ферментов будут созданы катализаторы такой степени специфичности, что далеко превзойдут существующие в нашей промышленности. Мы сможем создать преобразователи, использующие с большим КПД солнечный свет, превращая его в химическую и электрическую энергию, и обратно химическую энергию— в свет большой интенсивности. Быть может, совмещение биохимической энергетики с полимерными материалами даст возможность создать макромолекулы, превращающие химическую энергию в механическую, подобно нашим мышцам.
Это кажется фантазией. Но ведь есть в науке великие проблемы познания. Такой была проблема изучения строения атома и особенно его ядра. Прошло 50 лет экспериментального и теоретического
173
исследования, пока появилась реальная возможность использования атомной энергии. Рассматриваемая нами проблема носит такой же характер, но решить ее нужно в более короткие сроки.
Начинать, я думаю, следует с создания специфических катализаторов типа ферментов» [15, с. 194].
Здесь приведены высказывания ученых пока только как ориентир на что-то бесконечно совершенное. Достижим ли, однако, практически этот идеал?
Ответ на этот вопрос представляется вполне оптимистическим. Если когда-то Берцелиус смог лишь выразить надежду на будущие успехи в области изучения химизма живой природы через катализ, если Г. Г. Густавсон, Ш. Фридель и Дж. Крафтс уже в недрах классической органической химии проложили пути к каталитическому органическому синтезу, то XX в. был его триумфом. Правда, в 1930 г., когда А. Е. Арбузов выступил с речью, призывая к подражанию природе, предпосылок к конкретному решению задач химической бионики по сути дела еще не было. Теперь же они появи лись и приобрели огромное значение. Теперь можно говорить о том, что химия в этом направлении прошла уже несколько ступеней, и все они связаны с развитием учения о катализе.