Взяв в союзники химию

Взяв в союзники химию

Старая узбекская легенда повествует о том, что однажды чабан, пригнавший к колодцу овец на водопой, начал раскуривать трубку, при этом искра упала на землю, и у ног чабана заплясали голубые огоньки. С тех пор пошли многочисленные рассказы о "горящей земле" и "вечных огнях", которые народная фантазия наделяла сверхъестественными свойствами и приписывала им могучую власть над человеком.

Теперь мы знаем, что в недрах земли таятся природные газы, образовавшиеся из остатков растений и живых организмов в прошедшие геологические эпохи. Они скапливаются в толще пористых песков, известняков и других осадочных пород земной коры. Разведанные запасы природного газа в нашей стране превышают 3000 миллиардов кубометров, и каждый год ученые обнаруживают все новые огромные резервуары газа в Средней Азии и на Украине, в Белоруссии и Сибири, в Поволжье и в Закавказье, в Коми АССР и в Казахстане.

В давние времена выходящие на поверхность земли и болот газы, иногда воспламеняющиеся при этом, порождали самые нелепые суеверия. Горящие факелы почитались многочисленными сектами огнепоклонников в Индии, Китае, Египте, Персии, Африке. Статуя богини в древнем египетском храме, установленная на роскошном постаменте, усыпанном драгоценными камнями, обильно изливала молоко из сосков, как только возжигали светильники, спрятанные внутри статуи. Много подобных хитростей знали древние жрецы, но прошло немало столетий, прежде чем человек научился извлекать практическую пользу из природных газов.

В настоящее время природные газы прочно вошли в нашу жизнь и сейчас трудно перечислить все отрасли народного хозяйства, которые в той или иной степени используют эти подземные сокровища. Ученые подсчитали, что из каждого миллиарда кубометров газа можно выработать 300000 тонн искусственного шелка, или такое же количество удобрений, или 180000 тонн пластмасс, или более 50000 тонн синтетического каучука, не уступающего по качеству натуральному.

Из природного газа можно сделать тонкое белье и грамофонные пластинки, элегантные костюмы и линолеум, телефонные аппараты и панели для радиоприемников, клей и трубы, игрушки и мыло, смазочные масла и небьющееся стекло, копировальную бумагу и лаки, посуду и взрывчатые вещества, кожзаменители и негорючую кинопленку, косметические средства, ядохимикаты и многие другие полезные изделия. При этом в ряде случаев удается сэкономить значительные количества ценных пищевых продуктов. Вот лишь несколько показательных примеров. Основной разбавитель для красок - быстросохнущая олифа - изготовляется из различных растительных масел, в том числе и из пищевых. Значительную часть этих продуктов заменяют сейчас синтетические масла, полученные на основе бутадиена и ацетилена.

Полностью отказались от использования пищевого сырья, заменив его синтетическим, в строительной индустрии, в частности при производстве линолеума. Раньше для получения этого материала в больших объемах использовали пищевое масло. В настоящее время с этой целью употребляют поливинилхлорид, получаемый на основе природных газов. Линолеумы из этого полимерного материала отличаются высокой прочностью, стойкостью к истиранию, блеском, разнообразием расцветок, высокой гигиеничностью.

Наша промышленность все в большей степени начинает переходить на химическое сырье при изготовлении мыла и моющих средств. По моющему эффекту синтетические средства, создаваемые на основе природных газов, превосходят хозяйственное мыло, полученное из растительных масел. Поскольку выработка этих средств в СССР очень велика, то при этом достигается огромная экономия пищевого масла, направляемого по его прямому назначению.

В течение многих десятилетий основой для получения этилового спирта являлось ценное пищевое сырье - картофель, зерно, виноград. Сейчас же технический этиловый спирт получают из этилена. Одна тонна этого газа позволяет сэкономить более 4 тонн зерна и высвободить при этом около 200 человеко-дней. Синтетический спирт аналогичен по составу и качеству спирту, получаемому из пищевых продуктов, и широко применяется более чем в 150 отраслях промышленности как растворитель, а также как исходное сырье для выработки искусственного шелка, душистых веществ, целлулоида, медицинских препаратов, бездымного пороха и т. п.

Природные газы могут служить материалом для получения целого ряда химических соединений, используемых в качестве лекарственных средств. Еще в 1800 году американец Хэмфи Дэви открыл болеутоляющие свойства закиси азота, получившей название "веселящего газа" за его способность вызывать не только потерю чувствительности и состояние опьянения, но и веселье лиц, надышавшихся им.

Препараты, обладающие наркотическими свойствами, получают при хлорировании углеводородов, входящих в состав метана, этана, пропана и других газов. Широкой известностью пользуется, например, хлороформ, открытый еще в 1831 году одновременно Юстусом Либихом и парижским аптекарем Эженом Субереном и внедренный спустя 16 лет в хирургическую практику для наркоза профессором Эдинбургского университета гинекологом Джеймсом Юнгом Симпсоном, а также хлористый этил, применяемый для общего кратковременного наркоза и для местного обезболивания.

С помощью определенных химических превращений из природных газов получают глицерин - бесцветную сиропообразную жидкость сладкого вкуса, являющуюся незаменимым компонентом различных фармацевтических мазей, паст, растираний, суппозиториев и других лекарственных форм, а также широко распространенное в медицине вещество - аспирин, обладающее замечательным свойством снижать температуру тела, уменьшать местные воспалительные процессы и болевые ощущения, способствовать выведению из организма мочевой кислоты. Несмотря на огромное количество проведенных исследований, механизм действия аспирина все еще остается до конца не разгаданным. По-видимому, роль аспирина как обезболивающего средства заключается в том, что молекула этого вещества либо реагирует с молекулой соединения, вызывающего боль, изменяя ее структуру и биологическую функцию, либо блокирует активные центры нервных окончаний, к которым присоединяются молекулы, вызывающие болевое ощущение или раздражающий эффект.

Интересно, что аспирин, представляющий собой модифицированный химиками скелет салициловой кислоты, выделенной из некоторых растений (само слово "аспирин" происходит от латинского названия таволги иволистной - "спиреа салицифолиа"), действует значительно активнее этой кислоты и в отличие от нее (находящей применение лишь в качестве наружного средства для удаления участков ороговевшей ткани, например мозолей) ежегодно расходуется во многих странах мира десятками тысяч тонн.

Однако по силе обезболивающего действия аспирин более чем в 50 раз уступает морфину - основному действующему компоненту опия - застывшего млечного сока снотворного мака. Лечебные и наркотические свойства опия были известны еще за несколько тысячелетий до нашей эры, но только в 1803 году ученику аптекаря Фридриху Вильгельму Сертюрнеру, трудившемуся в лаборатории своего отца-алхимика над созданием философского камня, удалось выделить из опия белый кристаллический порошок, названный им "снотворным веществом", поскольку в опытах на собаках Сертюрнер доказал, что это соединение вызывает сон и избавляет от жестоких болей. В дальнейшем Сертюрнер дал полученному веществу новое название - морфий в честь бога сна Морфея, и 1817 год считается годом открытия первого представителя нового класса растительных веществ - алкалоидов, сыгравших значительную роль в развитии медицины. Но лишь спустя более 100 лет была предложена структура молекулы этого алкалоида и только в 1952 году американец Маршалл Гэйтс осуществил полный его синтез.

На протяжении этого времени морфин оставался в центре внимания врачей всего мира, но химики упорно пытались создать новые болеутоляющие вещества синтетическим путем. И опять на помощь пришли природные газы. Ценным заменителем морфина, полученным на их основе, является препарат промедол, который используется при травмах и различных заболеваниях, сопровождающихся болевыми ощущениями (язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки, холецистит, стенокардия, инфаркт миокарда), а также в акушерской практике для обезболивания родов.

Природные газы используют для получения целого семейства снотворных средств - производных барбитуровой кислоты, впервые полученной в 1864 году немецким профессором Иоганном фон Байером, который, как утверждают историки медицины, назвал этот препарат по имени своей возлюбленной Барбары. Сама барбитуровая кислота не оказывает снотворного действия, но ее различные производные - люминал, гексенал, нембутал, веронал, амитал и другие - обладают специфическим действием на центральную нервную систему.

До недавнего времени барбитураты, пожалуй, наиболее полно отвечали стремлению человека забыться, избавиться от напряжения повседневной жизни, в общем, всем требованиям, которые предъявлял своему врачу еще Макбет в бессмертной трагедии Шекспира:

 Ты можешь исцелить болящий разум, 
 Из памяти с корнями вырвать скорбь, 
 Стереть в мозгу начертанную смуту
 И сладостным каким-нибудь дурманом
 Очистить грудь от пагубного груза, 
 Давящего на сердце?

К сожалению, использование барбитуратов в качестве успокаивающих и снотворных препаратов привело к сильному физическому привыканию к ним. В результате длительного применения или превышения терапевтических доз участились случаи нежелательного воздействия на психику, угнетения участков мозга, контролирующих деятельность легких и сердца. Побочные явления при приеме производных барбитуровой кислоты выражаются в общей слабости, разбитости, головной боли, тошноте, рвоте, понижении артериального давления и температуры, появлении кожных сыпей, поражении печени и почек. Поэтому при применении барбитуратов необходимо получить разрешение лечащего врача.

Среди других лекарственных препаратов, которые можно получить из природных газов, следует назвать всем известный салол, применяемый в порошках или таблетках при заболеваниях кишечника, циститах и пиелонефритах; уротропин, используемый в качестве дезинфицирующего средства, особенно при воспалительных заболеваниях мочевых путей, при аллергических состояниях кожи и заболеваниях глаз; гамма-аминомасляную кислоту - одну из редких аминокислот, выполняющую важные функции при передаче нервных импульсов; кордиамин, близкий по характеру действия к камфоре, стимулирующий центральную нервную систему и возбуждающий дыхание препарат; сарколизин и эмбихин, обладающие противоопухолевой активностью; дибазол, оказывающий выраженное сосудорасширяющее действие и стимулирующий функции спинного мозга; некоторые противомалярийные и противомикробные препараты.

В состав природных газов входит такой распространенный элемент, как сера. Многие серусодержащие органические и неорганические соединения обладают уникальными свойствами и находят применение в медицине. В нашей стране серу используют в процессе органического синтеза белого стрептоцида, сульгина, сульфадимезина, диметил-сульфоксида и других лечебных препаратов.

Из природных газов получают поливинилпирролидоны- синтетические полимеры, используемые для создания таких лекарств, которые оказывают терапевтический эффект в течение длительного времени. Кроме того, поливинил-пирролидоны с относительно небольшой молекулярной массой могут использоваться в качестве кровезамещающих растворов и для обезвреживания организма путем связывания и выведения из кровяного русла токсинов при некоторых желудочно-кишечных заболеваниях, ожоговой болезни, вирусных инфекциях, токсикозах беременности, отравлениях растительными или животными ядами, при аллергических состояниях и т. п.

Правда, в этом отношении более отчетливое действие достигается при использовании различных природных углей, которые "для очищения тела и духа от скверны" применялись уже с незапамятных времен.

Способность угля поглощать различные вещества была детально изучена в конце XVIII века членом Петербургской академии наук Т. Е. Ловицем, который писал, что "...славные врачи начинают угольный порошок с наилучшим успехом в некоторых болезнях давать внутрь...". Однако лишь в 60-х годах нашего столетия греческий нефролог Ятцидис предложил принципиально новое устройство для удаления из организма токсических веществ и назвал его "угольной почкой". Пропуская кровь больных с заболеваниями почек через слой активированного угля, он добивался выздоровления или заметного улучшения состояния своих пациентов.

В СССР работы Ятцидиса были успешно развиты в начале 70-х годов академиком АМН СССР Ю. М. Лопухиным, который разработал методы очищения плазмы и лимфы - плазмо- и лимфосорбцию. В последние годы в нашей стране создан новый вид энтеросорбентов - маленькие сферические гранулы синтетических активированных углей, которые способны долгое время поглощать молекулы разных соединений. Кроме того, они ускоряют процессы окисления спиртов, разложения перекисей и других токсичных соединений.

В отличие от гемосорбентов, использование которых связано с необходимостью хирургической операции - подключения к сосудистому руслу пациента сложной аппаратуры, энтеросорбенты назначают внутрь 3 раза в день по столовой ложке за 1 час до или после еды.

Всем известно, что различные болезни растений и животных, вызываемые грибками, бактериями, насекомыми и грызунами, наносят огромный ущерб сельскому хозяйству. На основе природных газов получено большое количество ядохимикатов - инсектицидов (яды против вредных насекомых), акарицидов (для борьбы с клещами), зооцидов (против грызунов), фунгицидов (предохраняющие от грибковых заболеваний), гербицидов (для борьбы с сорняками) и прочих "цидов" (от латинского слова "цидо" - убиваю).

В настоящее время накоплен опыт применения бактериальных препаратов по увеличению плодородия почв, повышению урожайности сельскохозяйственных культур. Эти препараты обеспечивают профилактику загрязнения продуктов питания ядохимикатами и нитратами. Большая заслуга в решении этой проблемы принадлежит члену-корреспонденту АМН СССР П. А. Золотову.

Отечественная газовая промышленность развивается быстрыми темпами и способствует созданию из природных газов все новых материалов, позволяющих высвободить сотни тысяч дефицитных пищевых продуктов, создать необходимые лечебные средства для человека.

Велики богатства природных кладовых "голубого золота", но при существующих темпах потребления газ может быть израсходован на нашей планете в ближайшие 80-150 лет. Поэтому на повестку дня выдвигается вопрос об экономии природных газов, решение которого заключается в поисках новых способов преобразования энергии, изыскании новых ее видов и источников. Выход из создавшегося положения ученые видят, в частности, в успешном развитии гидроэнергетики, максимальном использовании энергии рек и водоемов. Перспективными являются работы в области превращения химической энергии в электрическую в так называемых топливных элементах, а также в осуществлении управляемой термоядерной реакции - той самой реакции, которая протекает в глубинах Солнца. Это могучие и неисчерпаемые источники энергии в недалеком будущем смогут полностью обеспечить потребности все увеличивающегося населения Земли и дадут возможность использовать природные газы как сырье для химической переработки.