Принято считать, что органическая химия - это что-то аккуратное, колбы, водяная баня, ну, максимум 150-200 градусов. Если нагреть органику (вроде будущего лекарства) сильнее 250-300 °C, она, как учили в школе, просто сгорит к чертям, превратится в черный уголь. Конец. Но, оказывается, если греть очень сильно (до 500 °C!), очень быстро и в правильной посуде, органика не горит. Она вступает в реакции, которые раньше считались "запрещенными". И это, без шуток, меняет правила игры.
"Запрещенные" реакции и потолок в 300 градусов
Вся мировая фарма и агрохимия постоянно бьются головой о стену. Есть молекулы, которые очень нужны, но чтобы их получить, нужно преодолеть дикий энергетический барьер - 50, 60, а то и 70 ккал/моль. Это так много, что обычным нагревом реакцию не запустить. Приходится выстраивать "обходные пути" - синтез в 10, 15, 20 стадий. Это долго, дорого и грязно (куча отходов). И вот новость: ребята из ИОХ РАН (Институт органической химии им. Зелинского) только что опубликовали в топовом Chemical Science статью, где они этот барьер просто прошибли.
Как за 5 минут сделать "невозможное"
Теперь самое интересное: как? Представь себе скороварку. Только вместо борща - органические реагенты, а вместо кастрюли - тонкий, как иголка, запаянный стеклянный капилляр. Химики берут этот капилляр, заливают туда реагенты и растворитель (лучше всего себя показал p-ксилол), запаивают и суют в муфельную печь. Дальше - физика. При нагреве до 500°C p-ксилол переходит в состояние, близкое к сверхкритическому. Давление внутри скачет до десятков бар. Молекулы носятся как ошпаренные, тепло передается мгновенно, и... "запрещенная" реакция (та самая, с барьером 50,7 ккал/моль) проходит за 5 минут с выходом 50%. Это как пытаться пробить стену не кувалдой, а сфокусированным взрывом.
Человек, который "включил ад"
За этой движухой стоит академик РАН Валентин Ананьков и его команда. Эти ребята из ИОХ вообще известны тем, что любят ломать догмы и смотреть, что будет. Мотивация у них простая: "Почему мы должны тратить недели на синтез, если можно просто... нагреть?". Они не теоретики - они проверили: без растворителя всё действительно горит и обугливается. А с p-ксилолом - работает. Сам Ананьков так и говорит (цитирую по смыслу): "Мы открыли окно в новый мир возможностей". Для него это шанс увеличить число доступных реакций на порядок.
Мировой расклад: микроволновки против капилляров
Надо понимать, что химики не первый год пытаются "поднять градус". Была эра микроволнового синтеза (MW-химия), есть проточная химия (flow chemistry). Они позволили дотянуться до 250-300 °C. Но 500°C в растворе - это новая лига. Пока мировые R&D-центры вливают миллиарды в "холодные" катализаторы или дорогущие проточные реакторы, наши пошли по пути "брутальной элегантности". Эта "high-T solution chemistry" (высокотемпературная химия раствора) - новая ветка. Если раньше непреодолимый барьер обходили (10 стадий), то теперь его просто "проламывают" температурой за 1 стадию.
Российская специфика: смекалка и муфельная печь
У нас как всегда: денег на сверхдорогие роботизированные платформы для синтеза меньше, зато инженерной смекалки - вагон. Взять муфельную печь (по сути, продвинутая "духовка") и стеклянный капилляр - это дешево и сердито. Это наш ответ на санкции в R&D: пока нам закрывают доступ к сложным импортным реакторам, мы находим способ делать то же самое, но проще и горячее. И то, что новость сразу подхватили "Наука.РФ" и Минобрнауки - это прямой сигнал индустрии: "Парни, смотрите, технология валидирована, можно брать".
Что это даст обычному человеку
Окей, а мне-то что с этих 500°C? Напрямую - ничего. Ты не будешь греть так аспирин. Но это напрямую влияет на то, как быстро появляются новые лекарства. Раньше R&D-отдел фармкомпании видел "молекулу мечты", но путь к ней лежал через 15 стадий и полгода работы. "Слишком дорого", - говорил инвестор. Теперь химик ИОХ говорит: "Дайте 5 минут и капилляр". Это значит, что исследования и разработка (R&D) новых лекарств, новых материалов для электроники и новых гербицидов (агрохим) становятся в разы дешевле и быстрее.
А теперь без розовых очков: что не так?
Скептический взгляд тут обязателен. 500°C! Да 90% сложной органики (особенно с кучей "нежных" функциональных групп) просто развалится или сгорит в уголь. И скептики правы. Сами авторы честно пишут: без растворителя - карбонизация. Метод не универсален. Ты не можешь взять любую молекулу и засунуть ее в печь. Это не "серебряная пуля" для всех реакций. Но она открывает окно для ранее невозможных. Даже если выход 45-50% - это революция, если раньше выход был 0% (или требовал 15 стадий).
Личный вывод: меняем гравитацию в химии
Для меня это история о том, как элегантная физика (сверхкритика в капилляре) ломает старые химические догмы. Это как если бы мы всю жизнь ездили на 1-й передаче (до 250°C), а тут кто-то нашел 5-ю (500°C). Машина та же (органический синтез), а скорость и доступные маршруты - совершенно другие. Через пару лет мы увидим, как эту капиллярную методику начнут "упаковывать" в безопасные промышленные реакторы. Химики получили новый, очень горячий "паяльник".
А как думаете, что важнее для науки: грубая сила (как 500°C) или тонкая настройка (как хитрые катализаторы)?