16.10.2014

Полезная химия: хорошая новость XXI века

Понятие «полезная химия» (впрочем, как и «хорошие новости») стало своеобразным атавизмом в нынешний век высоких технологий и скоростей. Если уж новости, то ужасные, ну а если химия, то ужасно вредная, иначе не зацепишь читателя и не заставишь смотреть зрителя. Ну кому интересны добрые новости? Кто их будет смотреть? Тем более примечательно, что именно на страницах известного новостного издания сформировался запрос на «полезную химию», о которой сегодня пойдет речь.

Удобрения с секретом

На химию навесили столько ярлыков, что она сделалась практически именем нарицательным, синонимом зла. Пришло время сказать: хватит. Хватит ужасаться самим и пугать окружающих. Лучше ответьте на вопрос: что есть человек без химии? Не знаете? Ну так представьте себе. Получится вполне в стиле фильмов ужасов и плохих новостей: голод, холод, чума и разруха. Поэтому переключайтесь на добрую волну и слушайте хорошие новости про полезную химию XXI века: кормилицу, поилицу, домоустроительницу и врачевательницу рода человеческого.

«Химия – кормилица» – это такая же непреложная аксиома, как и «хлеб – всему голова». Миллионы тонн минеральных удобрений, выпускаемых химическими комбинатами, – это основа интенсивного земледелия, которое единственное способно прокормить современное народонаселение планеты. Без внесения удобрений нет ни сбалансированного питания растений, ни сверхурожаев.

Вот-вот, скажете вы, кто не слышал про нитраты? Про нитраты мы не просто слышали: мы знаем, что причиной их накопления в растениях является резкое повышение их концентрации в почве в результате внесения хорошо растворимых азотных удобрений. Решением проблемы является создание азотных удобрений замедленного высвобождения – направление интенсивных изысканий современных химиков. Одним из вариантов является использование изобутилиденмочевины, которая высвобождает органический азот при контакте с водой, позволяя поддерживать невысокие концентрации азота в течение длительного времени. Другой подход – использование пленок, в которые «закатывают» гранулы азотных удобрений. Для изготовления таких пленок используют элементарную серу, а в последнее время ведутся работы по применению природных полимеров – гуминовых веществ – для создания гуматизированных удобрений.

Указанные пленки регулируют скорость высвобождения азота из гранул, предотвращая его залповое высвобождение и чрезмерное поступление в растения. Помимо минеральных удобрений, в производстве которых заняты преимущественно химики-неорганики и химики-технологи, не менее важную роль в получении богатых урожаев играет применение химических средств защиты растений (гербицидов, фунгицидов, инсектицидов, объединяемых под общим названием «пестициды») и регуляторов роста растений (фитогормонов, элиситоров, стимуляторов роста и т. д.). Здесь на первый план выходят химики-органики, биоорганики, биохимики и агрохимики.

Лекарства для растений

Сверхзадачей химии XXI века в этом направлении является создание «органических» (то есть безопасных для окружающей среды и человека) лекарств для растений на основе молекулярного понимания механизмов устойчивости растений к различным стрессам и роли факторов окружающей среды. Здесь химики ведут ювелирную работу в контакте с «химическими» генетиками и молекулярными биологами, которая обещает невероятные прорывы в области создания биоадаптогенов нового поколения, способных осуществлять тонкую настройку механизмов резистентности растений к различным видам стрессов.

Салициловая кислота, жасмоновая кислота, брассиностероиды – это все только вершина айсберга иммунной системы растений – одни из многих ее сигнальных молекул, но уже их применение для коррекции стрессов позволяет получать удивительные результаты. При этом самые фундаментальные подвижки в области земледелия могут произойти в ближайшее время от совместных усилий химиков и почвоведов, направленных на понимание молекулярных и наноуровневых механизмов самоорганизации, ведущих к формированию почвы.

Учеными МГУ уже сформулирована новая концепция почвы как «сухой воды», согласно которой почвенные органоминеральные частицы выступают в качестве стабилизаторов эмульсии воды в воздухе. Это создает ту самую «воздушную» структуру почв, где в каждой крупинке – капля воды, что наиболее способствует росту растений. Научиться управлять структурой почв и в пределе синтезировать почву в пробирке – это одна из основополагающих задач экоадаптивной химии, направленной на изучение природных молекул, структур и процессов самоорганизации с целью воспроизведения их в природоподобных устройствах, процессах и технологиях. Думаете, это недостижимая мечта? Но мы уже работаем над ее осуществлением. И не где-нибудь, а у нас в МГУ, на кафедре органической химии.

Живая вода

Раз уж мы заговорили о почве, то теперь самое время перейти к воде. Согласно прогнозам Дениса Медоуза, одного из отцов-создателей Римского клуба, именно недостаток воды может уже в этом столетии стать причиной передела территорий и, следовательно, войн. То есть в условиях изменения климата, роста народонаселения и сокращения природных ресурсов чистая вода наряду с нефтью и газом становится стратегическим сырьем. И несмотря на то что Россия находится в очень выгодном положении, обладая самым большим ресурсом пресной воды на Земле, выжить нам на необитаемом острове не удастся. Поэтому лучшие химические умы, в том числе и нашей страны, работают над оптимизацией существующих и созданием принципиально новых технологий получения чистой воды.

Одна из главных проблем, которую предстоит решить химикам, – это исключить хлор из технологии водоподготовки, не повысив при этом кардинально стоимость питьевой воды. Это связано с тем, что великое благо хлора – его удивительные бактерицидные свойства, которые обеспечивают доставку обеззараженной питьевой воды по самым длинным распределительным сетям, имеет обратную сторону: появление хлорорганических углеводородов в питьевой воде. Эти опасные токсиканты – тригалометаны – способны накапливаться в человеческом организме, а причина их появления – присутствие в воде невинных природных соединений – гуминовых веществ, которые вступают в реакцию хлорирования. Поэтому решений два: либо сохранить хлор, но убрать полностью гуминовые вещества, что весьма затратно, либо заменить хлор на другой реагент.

И здесь на помощь химикам пришел озон, работы по применению которого активно ведутся в лаборатории катализа и газовой электрохимии МГУ, которой руководит академик РАН Валерий Лунин. В настоящее время учеными лаборатории показана не только перспективность применения озона в качестве альтернативы хлору для получения безопасной питьевой воды, но и возможность использования озона для оздоровления организма человека. Это новое направление было с энтузиазмом воспринято современной медициной и получило даже отдельное название – озонотерапия.

Применение озона в медицине – далеко не единичный случай прямого вмешательства химии в дело врачевания. Достаточно вспомнить об антибиотиках – панацее XX века, вставшей на пути грозных инфекций, традиционно уносивших миллионы человеческих жизней. Поэтому количество жизней, спасенных химией, не счесть. Но в XXI веке появился новый грозный враг рода человеческого – суперинфекции, вызываемые панрезистентными бактериями, устойчивыми ко всем известным антибиотикам. И опять все взгляды обращены к химикам: кто, если не вы. И мы принимаем этот вызов. Это очень тяжелая задача, но мы над ней работаем, и для победы нам нужны совсем новые идеи, новое понимание механизмов передачи информации в бактериальных сообществах, новое понимание сложных супрамолекулярных систем, новые инструменты познания, но больше всего нам нужна моральная поддержка всего общества. Имейте мужество признать, что без химии нет жизни. И что в развитии химического просвещения и химической науки – залог благоденствия современного общества. Без химии не было бы супермодных гаджетов и не ломились бы столы от яств. Поэтому смело смейтесь в лицо шарлатанам, в лекарствах которых «нет никакой химии», а в витаминах «нет ни микро-, ни макроэлементов». Гоните их. Потому что хорошая новость XXI века заключается в том, что химия была, есть и будет полезной, все остальное – от лукавого, но это уже другой мировоззренческий вопрос.

Ирина Перминова, Валерий Лунин

Источники:

1. rbcdaily.ru