В отличие от ситуации с реальным оркестром, где нюансы исполнения указаны композитором с помощью специальных нотных знаков, ученые, по мнению Эртля, представляют собой удачное сочетание и композитора, и исполнителя.
Чувства, которые возникают у ученого в случае научного успеха, очень точно, как считает Эртль, выразил великий немецкий поэт Иоганн Вольфганг Гёте, когда ему было уже более 80 лет: «Нет большей радости, чем изучать природу». Далее Эртль отмечает, что Гёте умер за год до того, как родился Альфред Нобель, и потому, естественно, не мог знать, что радость от изучения природы может быть еще больше, если она дополнена Нобелевской премией.
Бег по пересеченной местности
Да, будет пересечение шоссе
со светофором пешеходным переходом!
М. ЦИВЕЛ
Вместо фразы, стоящей в заголовке, обычно используют слово «кросс», существуют также авто-, вело- и мотокроссы. В последнее время словом «кросс» называют массовый бег по улицам города, но это неправильное использование термина, правильнее будет «забег». Точный перевод слова «кросс» – это пересечение: например, кроссворд – это пересечение слов. Поскольку далее речь пойдет об органической химии, напомним, что эта область химии изучает соединения углерода. Естественно, при получении новых органических соединений возникает задача – создавать химические связи между атомами углерода С – С, чтобы соединить между собой отдельные части будущей молекулы.
Славные имена
В органической химии есть добрая традиция называть некоторые особо значимые реакции именами их создателей. Это удобный прием, который позволяет быстро понять, о чем идет речь, и к тому же дает приятную возможность включать в повседневную рабочую речь не только громоздкие химические термины, но и живые имена великолепных химиков. То же самое у физиков, только они присваивают имена ученых явлениям или эффектам: например, Раман-спектр, эффект Мессбауэра и др.
Если атом углерода находится в составе насыщенного органического соединения, т. е. не содержащего кратных связей между атомами углерода, то часто он не испытывает никакого желания с чем-либо взаимодействовать. Соединить два таких атома С, расположенных в двух соседних молекулах, химической связью совсем не просто. Первым, кто нашел способ соединить подобные атомы, был химик А. Кольбе (рис. 5.30), правда, действовал он несколько необычным способом: в 1849 г. осуществил электролиз уксусной кислоты и получил этан, фактически соединив две группы СН3 (рис. 5.31).
Позже были найдены не электрохимические, а обычные химические способы. «Расшевелить» инертный атом углерода в органическом соединении можно, например присоединив к нему атом галогена; он также легко реагирует, когда находится в двойной связи, однако не все реакции, которые становятся благодаря этому возможными, устраивают химиков. Дело в том, что химики всегда стремились не только открыть новую реакцию или получить новое соединение, но и научиться управлять реакцией, чтобы направленно изменять свойства полученного вещества.
Один из самых известных способов, позволяющий создать связь С – С, – это реакция Вюрца, когда две галогенсодержащие органические молекулы взаимодействуют со щелочным металлом, например c натрием, который «забирает» атомы галогена, а органические группы соединяются между собой (рис. 5.32).
Сложность возникает, когда необходимо соединить различные органические группы, например C4H9 и C5H11. Реакция (рис. 5.33) Вюрца (рис. 5.34) не запрещает соединяться как различным, так и одинаковым химическим группам.
В результате образуется смесь трех продуктов: C4H9-C4H9, C5H11-C5H11, и C4H9-C5H11, и требуется трудоемкое разделение полученных соединений. Процесс, когда соединяются различные группы, называют перекрестным сочетанием, или кросс-сочетанием, именно о нем и пойдет речь.
Частично избежать соединения одинаковых групп и ориентировать процесс в направлении кросс-сочетания позволяет реакция Гриньяра. За открытие этой реакции Виктор Гриньяр (рис. 5.35) был удостоен в 1912 г. Нобелевской премии по химии. Вначале металлический магний реагирует с одним из галогенпроизводных, затем полученное магнийорганическое соединение реагирует с другим галогенпроизводным (рис. 5.36).
На самом деле эта реакция часто протекает не так однозначно, как показано на схеме. Если, например, группа R (или R′) имеет разветвленное строение либо содержит в своем составе карбонильную – С=О, нитрильную – С≡N или некоторые другие группы, то параллельно протекают побочные реакции, что в конечном итоге приводит к образованию смеси трудно разделяемых продуктов. В ряде случаях возможно также соединение одинаковых органических групп R – R. Таким образом, направить реакцию Гриньяра только в сторону кросс-сочетания удается далеко не всегда, в то же время чаще всего именно продукты кросс-сочетания R – R′ нужны химикам.
Истинное кросс-сочетание
Почти через 100 лет после открытия Гриньяра очередная Нобелевская премия подтвердила, что проблему удалось решить. В 2010 г. за разработку реакций кросс-сочетания, катализируемых палладием, Нобелевскую премию получили американские ученые Ричард Хек и Эйити Нэгиси и японский ученый Акира Судзуки. Как это обычно бывает, премия была вручена спустя много лет после того, как были проведены исследования, которые определили содержание премированной работы.
Первый из лауреатов – Ричард Хек – в 70-е гг. XX в. разработал способ сборки крупных органических фрагментов с помощью палладиевого катализатора. Палладий был выбран не случайно, к этому времени он зарекомендовал себя как катализатор многих органических реакций: например, с его участием был осуществлен промышленный процесс окисления этилена Н2С=СН2 до ацетальдегида Н3СС(О)Н. Именно палладий в руках Хека позволил осуществить чистое (без побочных продуктов) кросс-сочетание. Ниже показан пример одной из реакций. На первой стадии (рис. 5.37) бромбензол реагирует с металлическим палладием, образуется палладийорганическое соединение – палладий встраивается между С и Br. Внешне это напоминает реакцию Гриньяра, только вместо Mg участвует Pd.
