Химия это наука, целью которой являются не только открытия, но и – главным образом – созидание. В этом смысле она является искусством по усложнению материи. Чтобы уловить логику последней эволюции в области химии, следует преодолеть временное пространство и вернуться назад на почти четыре миллиарда лет.
Жан-Мари Лен
Химия играет центральную роль как за счет своего места среди естественных и познавательных наук, так и за счет своей экономической значимости и повсеместного присутствия в нашей обыденной жизни. Поскольку она везде и всюду, то о ней часто забывают и, возможно, вскоре и вовсе перестанут упоминать. Она не стремится на авансцену, однако без нее были бы не возможны многие яркие достижения: подвиги в области терапии, отважные шаги космонавтики, чудеса техники... Она вносит определяющий вклад в потребности человечества в продуктах питания и лекарствах, одежде и жилье, энергии и сырье, транспорте и средствах коммуникации. Она поставляет материал для физики и промышленности, образцы и субстраты для биологии и фармакологии, свойства и процессы для науки и техники.
Мир без химии был бы миром без синтетических материалов, то есть без телефона, без компьютера, без кино и без синтетических тканей. Это был бы мир без аспирина, мыла, шампуня, зубной пасты, косметики, противозачаточных средств, без бумаги, то есть без книг и газет, без клея, без краски...
Не будем забывать и о том, что химия позволяет историкам искусства проникнуть в тайны изготовления картин и скульптур, которыми мы наслаждаемся в музеях, что она позволяет сотрудникам научной полиции анализировать образцы частиц с «места преступления» и быстрее выйти на след преступников, и что именно она раскрывает молекулярные тонкости блюд, которые обволакивают наши вкусовые рецепторы.
Наряду с физикой, которая раскрывает законы Вселенной, и биологии, которая расшифровывает правила всего живого, химия является наукой материи и ее трансформаций. Жизнь есть ее самое высшее выражение. Она играет основополагающую роль в нашем понимании материальных явлений, в нашей способности воздействовать на них, менять их и контролировать.
Вот уже скоро два века, как молекулярная химия выстроила широкий спектр молекул и все более и более совершенных материй. От синтеза мочевины, произведенного в 1928 г. (что стало настоящей революцией ибо было доказано, что возможно получение «органической» молекулы из минерала) до завершения в 1970-е годы синтеза витамина В12, эта научная дисциплина постоянно утверждала свою власть над структурами и трансформацией материи.
За пределами молекулярной химии простирается область так называемой супрамолекулярной химии, которая интересуется уже не тем, что происходит в молекулах, а тем, что происходит между ними. Ее цель понять и контролировать процесс взаимодействия молекул между собой, их взаимной трансформации, сцепления в определенном порядке. Эмиль Фишер, лауреат Нобелевской премии по химии 1902 г., использовал образ ключа и замочной скважины. Сегодня мы говорим о «молекулярном распознавании».
Роль этих молекулярных взаимодействий наиболее впечатляюща в области биологии: частицы протеинов соединяются, чтобы сформировать гемоглобин; белые тельца распознают и уничтожают чуждые тела; вирус СПИДа находит определенное место для внедрения; генетический код передается в записи и через прочтение алфавита базы протеинов... Возьмем один показательный пример «самоорганизации» вируса мозаики табака: не менее 2 130 простых протеинов соединяются для того, что образовать спиральную башню.
Эффективность и элегантность этих природных явлений настолько увлекательны для химика, что он пытается воспроизвести или же изобрести новый процесс образования молекул, способных создавать новые молекулярные построения с множественными применениями. Почему бы не представить себе молекулы, способные переносить в ядро избранной цели фрагменты АДН, например, для лечения генетических заболеваний? Эти молекулы могли бы стать Троянским конем, который позволял бы своему всаднику преодолевать такие непреодолимые преграды, как клеточные мембраны.
Многие ученые во всем мире терпеливо и, я бы сказал, «по меркам» выстраивают супрамолекулярные структуры. Они наблюдают за тем, как молекулы, казалось бы, перемешанные в беспорядке, находят одна другую, распознают друг друга и затем поступательно связываются между собой, чтобы в итоге спонтанно, но в то же время исключительно четко, возвести супрамолекулярное строение.
Так, у химиков, вдохновленных явлениями, которые нам демонстрирует сама природа, зародилась идея вызвать, а затем пилотировать появление супрамолекулярных соединений, иначе говоря смоделировать «молекулярное программирование». Химик создает основные кирпичики (молекулы, наделенные определенными структурными свойствами и способностью к взаимодействию), затем применяет «цемент» (код соединения), призванный связать их между собой. Таким образом он получает супер структуру путем самоорганизации. Синтез молекулярных кирпичиков, способных к самоорганизации, намного проще, чем синтез финального сооружения. Этот путь исследований открывает широкие перспективы, в частности, в области нанотехнологий: вместо того, чтобы создавать наноструктуры, надо дать наноструктурам самим образовываться путем самоорганизации, то есть надо перейти от производства к самопроизводству.
И уже совсем недавно появилась так называемая адаптативная химия, когда система в целях построения сама совершает селекцию среди свободных кирпичиков и становится способной адаптировать соединение этих объектов в зависимости от требований центра. Эта химия, которую сам я называю «динамичной конституциональной химией», уже приобретает окраску теории Дарвина!
Вначале был «Большой взрыв», и воцарилась физика. Затем, при более благоприятных температурах, пришла химия. Частицы образовывали атомы, которые соединялись в молекулы, становившиеся все более и более сложными; они, в свою очередь, соединялись в скопления и мембраны, дав жизнь первым клеткам, из которых и родилась жизнь на нашей планете 3,8 миллиардов лет назад.
От разделенной материи к конденсированной, а затем и организованной, живой и мыслящей... Становление Вселенной под влиянием информации вело эволюцию материи к возрастанию числа сложных соединений путем самоорганизации. Задача химии познать пути этой самоорганизации и проложить пути перехода от инертной материи через дожизненную, чисто химическую, эволюцию к зародышу жизни и затем к живой и, наконец, к мыслящей материи. Она также дает средства для познания прошлого, для изучения настоящего и возводит мосты, ведущие в будущее.
Своим предметом (молекула и материя) химия выражает свою созидательную силу и свою способность производить новые молекулы и материи: новые, поскольку они не существовали до того, как были созданы путем преобразования структур атомов в новые комбинации и ранее не существовавшие, бесконечно разнообразные структуры. За счет пластичности форм и функций химических объектов химия аналогична искусству. Как и художник, химик отражает в материи плоды своего воображения. Камень, звуки, слова становятся произведением искусства только под воздействием скульптора, композитора или писателя. Таким же образом химик создает оригинальные молекулы, новые материалы и неведомые до сих пор свойства из элементов, составляющих материю.
Сущность химии не только в открытии, но и в изобретении и особенно – в созидании. Книгу Химии следует не только читать, ее надо писать. Нотную партитуру Химии следует не только исполнять, ее надо сочинять.
