Новости
Библиотека
Таблица эл-тов
Биографии
Карта сайтов
Ссылки
О сайте


Пользовательского поиска




предыдущая главасодержаниеследующая глава

Рождение биокремнийорганической химии

Всякое начало трудно,- эта истина 
 справедлива для каждой науки. 

К. Маркс

Двадцать лат тому назад первому автору этой книги удалось показать, что среди нового тогда и неизученного класса кремнийорганических соединений, названных силатранами, существуют вещества, обладающие высокой специфической биологической активностью. Необычное пространственное строение этих соединений, наличие слабой координационной связи между атомами азота и кремния и высокий дипольный момент обеспечивают уникальность их физических, химических и биологических свойств. Силатраны называют еще клеточными соединениями. И действительно, атомы группировки СН2-СН2-О представляют собой как бы прутья шарообразной клетки. Внутри нее спрятана неподеленная пара электронов атома азота - носитель основности в аминах. Благодаря недоступности этой пары, силатраны не обладают свойствами аминов.


Для удобства обозначения заместителей в молекуле силатранов все атомы в ней пронумерованы. Чаще всего силатраны содержат заместитель у атома кремния, то есть в положений. Такой заместитель обозначен символом Х. Если X является водородом, мы имеем дело с самим си- латраном - родоначальником всего класса силатранов. Также известны силатраны, содержащие заместители у атомов углерода в положениях 3, 7 и 10.

Первыми кремнийорганическими соединениями, обладающими высокой и специфической биологической активностью, оказались 1-арилсилатраны (X - ароматический заместитель, например фенильная группировка - С6H5 - ) проявляющие мощное возбуждающее (аналептическое) действие и чрезвычайно ядовитые для теплокровных животных. Так, например, внутрибрюшинное введение ничтожно малого количества 1-р-толилсилатрана (Х-р-СН3С6Н4) - всего ОД мг на 1 кг живого веса - вызывает быструю гибель половины экспериментальных животных*. В то же время эти соединения совершенно безвредны для холоднокровных животных (лягушек, рыб и т. д.), растений и микроорганизмов.

* ( Наиболее распространенной количественной характеристикой токсичности химических соединений является величина LD50 летальная доза, при введении которой в определенный промежуток времени погибает 50% экспериментальных животных. )

Токсичность химических соединений считается важным биологическим тестом. Высокая токсичность обычно свидетельствует о том,.что данному соединению в сублетальных (ниже смертельных) дозах присущ какой-то особый вид биологической активности.

Открытая нами в Институте органического синтеза АН Латвийской ССР в 1964 году высокая токсичность 1-арилсилатранов, вызвавшая сенсационный интерес как ученых-специалистов, так и международной прессы, вскоре была подтверждена в ряде других лабораторий СССР, ГДР, США. В связи с этим известный западно-германский ученый У. Ваннагат писал: "Открытие русского ученого М. Воронкова было подобно удару молнии: полученные в его лаборатории силатраны - из группы, казалось бы, "безобидных" кремнийорганических соединений - оказались высокотоксичными веществами. Достаточно кристалла вещества величиной со спичечную головку, чтобы убить человека". Так начался бум в химии кремнийорганических соединений.

В США даже был выпущен на рынок новый крысиный яд (родентицид) 1-(4'-хлорфенил)силатран. Он примечателен тем, что быстро и полностью разрушается в организме отравившихся грызунов*, поэтому их трупы по представляют опасности для других животных и не заражают окружающую среду, как это бывает при использовании обычных родентицидов. Кроме того, попадание этого вещества на кожу человека и животных отравления не вызывает.

* ( Родентицидное действие 1-арилсилатранов (в том числе и n-хлорфеншшроизводного) впервые установлено в СССР еще в 1965 году. )

В дальнейшем в Иркутском институте органической химии Сибирского отделения Академии наук СССР (ИрИОХ СО АН СССР) были найдены и многие другие высокотоксичные силатраны, содержащие у атома кремния углеводородные заместители с атомами азота, фосфора, серы или фтора.

1-Арилсилатраны действуют на центральную нервную систему, в особенности на спинной мозг. Они вызывают яркую активацию биоэлектрической активности коры и ряда подкорковых структур головного мозга, по-видимому, блокируя рецепторы 'у-аминомасляной кислоты. Однако механизм их биологического действия окончательно не выяснен. В отличие от известных веществ, вызывающих возбуждение спинного мозга, 1-фенилсилатран не оказывает такого влияния на лягушек. Предполагается, что он действует на какую-то ферментную систему теплокровных, отсутствующую у них или не имеющую решающего значения для деятельности центральной нервной системы, так как необходимые для этого ферменты - холинэстераза и ацетилхолинэстераза - не угнетаются. По мнению американских ученых, прямой эффект 1-фенилсилатрана, вызывающий конвульсивные припадки и смерть крыс,- его угнетающее действие на сердце.

В настоящее время преобладает точка зрения, что 1-арилсилатраны нарушают нервные функции, действуя на рецепторы спинного и головного мозга, что и вызывает интенсйвное возбуждение двигательной активности, в том числе и сердечной мышцы.

Токсичность силатранов колеблется в весьма широких пределах. Некоторые из них вызывают смерть подопытного животного уже в дозе 0,1 мг на 1 кг его веса. Другие же, например, содержащие у атома кремния алкил или алкоксигруппу, не вызывают каких-либо вредных эффектов даже в дозе 3000 мг/кг и выше. Ядовитые силатраны обладают видовой избирательностью, например, для обезьян 1-(4'-хлорфенил)силатран в 50 раз менее ядовит, чем для воробьев.

Некоторые 1-арилсилатраны в дозах ниже смертельной вызывают сильнейшее двигательное возбуждение (судороги) и интенсифицируют дыхание. Введение ничтожных количеств их вызывает моментальное пробуждение усыпленных наркотиками животных. В опытах на -кошках показано, что укол такого вещества способен помочь возвратить к жизни организм, находящийся в состоянии клинической смерти.

Большинство нетоксичных или-малотоксичных силатранов способны проявлять многие другие виды полезного физиологического действия. Они были синтезированы в 1963-1968-е годы М. Г. Воронковым и Г. И. Зелчаном. Первым же биологически полезным силатраном стал 1-(этокси)силатран C2H5OSi(OCH2CH2)3N, названный мигугеном - по начальным буквам имен его исследователей (Михаил Воронков, Гунар Зелчан и Генрих Григалинбвич), которые в 1971 году сообщили, что это вещество эффективно стимулирует рост соединительной ткани. Об этом и о других полезных свойствах силатранов, открывших перспективу их внедрения в медицину и сельское хозяйство, речь пойдет ниже.

Открытие ярко выраженного физиологического действия силатранов привело к заключению, что многие соединения кремния должны обладать специфической биологической активностью и что ряд производных этого элемента может играть существенную роль в жизненных процессах. Для подтверждения гипотезы нами были предприняты широкие экспериментальные исследования.

Так возникла проблема "Кремний и жизнь", которой вскоре была посвящена одноименная книга М. Г. Воронкова, Г. И. Зелчана и Э. Я. Лукевица, вышедшая в 1971 году (вторым изданием - в 1978 году) и переведенная затем на немецкий и румынский языки. В этой книге провозглашалось рождение новой области химии кремния - биокремнийорганической химии, находящейся на стыке таких наук, как неорганическая и органическая химия кремния, биология, фармакология, химиотерапия, агрохимия и т. д.

Биокремнийорганическая химия смогла родиться только в нашу эпоху, которая, по словам академика А. Н. Несмеянова, "характеризуется тесным сближением и переплетением наук. Из одной науки в другую проникают методы, идеи, оплодотворяя ее. На гранях соприкосновения наук возникают все новые и новые "гибридные науки".

Перед новой отраслью знания встали следующие животрепещущие проблемы:

1. Расширение с помощью современных методов анализа достоверных сведений о содержании кремния в живых организмах и их отдельных органах и тканях. В большой степени это относится к низшим животным, среди которых, возможно, найдутся новые "кремниевые" организмы. Уточнение и дополнение ранее проведенных недостаточно достоверных определений содержания кремния в растительных и животных организмах. Особый интерес представляет определение содержания кремния в микроорганизмах, живущих в экстремальных условиях (например, в горячих источниках, на ледниках, в глубинах земной коры и океана, а также в живой материи неземного происхождения).

2. Установление природы и строения соединений кремния, содержащихся в живых организмах, их выделение и идентификация.

3. Исследование механизма автотрофной аккумуляции (поглощения) кремния бактериями, растениями и низшими животными из окружающей среды*.

4. Установление механизма участия кремния в нормальных физиологических процессах высших животных и человека.

5. Изучение метаболизма и миграции соединений кремния в живых организмах (как входящих в состав последних, так и специально вводимых).

6. Выяснение роли кремния в некоторых патологических процессах в организме человека и животных (атеросклероз, рак, туберкулез и др.).

7. Создание новых биологически активных кремний- органических соединений и изучение зависимости между их действием и химическим строением. Конструирование и синтез на основе полученных данных новых лекарственных препаратов, биостимуляторов, ядохимикатов (пестицидов) и других физиологически активных веществ.

* ( Автотрофными (от греческого autos - само и trophe - пища, питание) называются организмы, синтезирующие из природных неорганических соединений все необходимые для ЖИЗНИ органические вещества. Напротив, организмы, которые используют для своего питания готовую органику, называются гетеротрофными (heteros - другой, иной). )

Авторы высказали надежду, что пройдет не так уж много лет, когда совместные усилия химиков, биохимиков, биологов, фармакологов, врачей, ветеринаров и агрономов вызовут появление множества новых синтетических и природных физиологически активных соединений кремния, столь же полезных и необходимых человечеству, как силикаты и силиконы.

Как оправдываются эти прогнозы, мы и расскажем в этой книге.

предыдущая главасодержаниеследующая глава



ИНТЕРЕСНО:

Новый метод анализа белков работает в 50 раз быстрее

Создана первая «химическая память» объемом в 1 бит

193 года назад впервые получено органическое соединение из неорганических

Ученые разработали программу, которая высчитывает свойства молекул сложных химических соединений

Самосборкой получены структуры из 144 молекулярных компонентов

Учёные создали нанореактор для производства водорода

Ученые из Швеции создали «деревянное стекло»

Разработан новый метод создания молекул

Японские ученые создали жидкий квазиметалл, застывающий на свету

Нобелевскую премию по химии присудили за синтез молекулярных машин

Новая компьютерная программа предсказывает химические связи

Получены цветные изображения на электронном микроскопе

В упавшем в России метеорите обнаружен уникальный квазикристалл

10 невероятно опасных химических веществ

Создатель «суперклея» Гарри Кувер – химик и изобретатель, автор 460 патентов, самый известный из которых так и не помог ему разбогатеть




© Злыгостев Алексей Сергеевич, подборка материалов, оцифровка, статьи, оформление, разработка ПО 2001-2017
При копировании материалов проекта обязательно ставить активную ссылку на страницу источник:
http://chemlib.ru/ 'ChemLib.ru: Библиотека по химии'