Карнавал молекул. Химия необычная и забавная

Завершим наш рассказ, вернувшись к упоминавшимся в самом начале историческим событиям. Классический уротропин ожидал практически 150 лет появления «ближайшего родственника» – изо-уротропина.

8 Поможем другим наукам

В предыдущих главах мы рассмотрели яркие достижения химии: получение необычных соединений, создание полезных катализаторов, открытие новых реакций и многое другое. Реальную пользу от этих работ мы каждый раз обсуждали, тем не менее все перечисленное относится к созданию и развитию самой химической науки. А может ли химик решать конкретную задачу, пришедшую из другой области? Познакомимся с некоторыми примерами.

Наступление с разных сторон

Наступать можно в любом направлении,

ведь не так и важно: сойдешься ли ты

с противником лоб в лоб или ударишь с тыла.

ЮРИЙ ТАТАРКИН

Решение многих сложных задач неизбежно приводит к объединению различных научных дисциплин. Например, одна важная медицинская проблема свела воедино усилия медиков и химиков.

Как всегда, помог случай

В 1965 г. американский биохимик Барнетт Розенберг изучал влияние слабого электрического тока на рост бактерий. При этом он неожиданно обнаружил, что клетки бактерий перестали делиться. Вначале Розенберг предположил, что это результат воздействия тока, но при более внимательном изучении выяснилось следующее: ток подводился по платиновым электродам, которые считаются инертными, однако в изучаемой среде появились соединения платины, которые взаимодействовали с веществом клетки. Именно они и тормозили рост бактерий. Розенберг начал исследовать биологическую активность различных соединений платины, и выяснилось, что особенно эффективно действует комплексное соединение платины с аммиаком цис-[Pt(NH₃)₂Cl₂].

Структура комплекса представляет собой плоский квадрат с металлом в центре, при этом возможны два варианта (рис. 8.1): в цис-структуре атомы хлора (и молекулы аммиака) занимают соседние углы квадрата (от лат. cis – по эту сторону), в транс-структуре одноименные атомы расположены по диагонали (от лат. trans – через, за).

Испытания на мышах показали высокую противоопухолевую активность цис-изомера, и с начала 1980-х гг. под названием «цисплатин» его стали использовать в клинической практике для лечения многих видов раковых заболеваний. Интересно, что транс-изомер противораковой активностью не обладает.

Действие цисплатина при лечении онкологических заболеваний основано на том, что препарат попадает внутрь раковой клетки и ион металла связывается с двумя цепями молекулы ДНК, это приводит к появлению межмолекулярного мостика (рис. 8.2).

В результате останавливается процесс копирования ДНК, блокируется синтез патологических белков и возникновение новых клеток тормозится.

Одно из возможных объяснений того, что транс-изомер комплекса платины (транс-[Pt(NH₃)₂Cl₂]) противораковой активностью не обладает, состоит в следующем: длина образующегося в этом случае связывающего «мостика» слишком велика, и он оказывается менее стабильным.

Медицинская практика установила, что цисплатин обладает недостатками: прежде всего, до 90 % введенного препарата связывается с белками, и лишь незначительная часть доходит до ДНК в ядре патологической клетки, которую необходимо разрушить. Кроме того, длительная терапия цисплатином приводит к побочным эффектам – нарушению работы почек и некоторым неврологическим патологиям.

На сцену выходят π-комплексы металлов

Поскольку у цисплатина есть недостатки, начали поиск более эффективных соединений. В первую очередь исследователи обратились к циклопентадиенильным комплексам металлов, наиболее подробно были изучены в качестве лекарственных препаратов производные дихлорида титаноцена (С₅Н₅)₂TiCl₂, а также производные ферроцена (C₅H₅)₂Fe. Это так называемые π-комплексы, в которых атом переходного металла координационно связан с циклическими молекулами (лигандами), обычно расположенными в двух параллельных плоскостях, между которыми находится атом металла.

Оказалось, что многие соединения такого типа заметно тормозят рост опухолевых клеток, однако они так и не были рекомендованы для клинического использования из-за малой растворимости в водных средах и неустойчивости к гидролизу.

В начале 1990-х гг. была обнаружена высокая противоопухолевая активность комплексов рутения с бензольными лигандами и атомами хлора. Вновь напомним, что лигандами называют нейтральные молекулы или ионы, которые координационно связаны с центральным атомом металла (рис. 8.3).