Поиск:  




Кунсткамера

Читальный зал

Гроссе Э., Вайсмантель X.

Химия для любознательных. Основы химии и занимательные опыты.

Глава 6. Продолжение

ХИМИЯ В БОРЬБЕ С БОЛЕЗНЯМИ

Современные лекарства все больше способствуют сохранению нашего здоровья и продлению жизни.
Многие вызывавшие ранее ужас инфекционные заболевания теперь не так страшны благодаря наличию антибиотиков. Помимо них, в распоряжении врачей сегодня имеются тысячи других препаратов для лечения и для предотвращения заболеваний. В области фармацевтической химии и фармацевтической промышленности успешно осуществляется кооперация между странами социалистического содружества. Возникает взаимовыгодное разделение труда, и специализация каждой страны на определенных видах лекарств позволяет добиться большей эффективности производства. В самом деле, среди лекарств, которые выписывает нам врач, мы нередко обнаруживаем препараты, выпущенные в Польше, Чехословакии или Венгрии.
Разумеется, фармацевтические предприятия в ГДР тоже вносят существенный вклад в изготовление новых ценных лекарственных средств, все шире обеспечивая ими социалистические страны и многие другие государства, в том числе развивающиеся страны Африки и Латинской Америки.
Крупнейший в ГДР завод лекарственных препаратов "Иенафарм" в г. Иена вырос на базе маленькой лаборатории предприятия "Иенауэр Гласверке Шотт". В свое время эта лаборатория получила задание как можно быстрее удовлетворить неотложную потребность в пенициллине и других важных лекарственных препаратах и в кратчайший срок добилась значительных успехов, что привело к ее расширению. Теперь завод "Иенафарм" располагает обширными и светлыми, удобными для работы новыми зданиями и выпускает почти 25% всей продукции химико-фармацевтической промышленности ГДР.
Здесь трудятся для сохранения нашего здоровья 2500 человек, из них больше половины - женщины. Они выпускают продукцию только отличного качества.
Педантичнейшая аккуратность, соблюдение порядка и чистоты, тщательная проверка качества выпускаемых препаратов являются на таких предприятиях нерушимыми заповедями. В важнейших цехах, где изготавливают антибактериальные вакцины и сыворотки, должно быть полностью исключено проникновение в воздух болезнетворных микробов.
Поэтому сюда можно войти только через бокс, в котором посетителя встречают синеватый свет и резкий запах озона. Одежда каждого, что входит в цех, обязательно подвергается стерилизации под действием ультрафиолетовых лучей.
Производство важнейших антибактериальных препаратов - антибиотиков, например пенициллина и стрептомицина, - осуществляется не синтетическим путем, хотя в наши дни для большинства подобных веществ такой путь в принципе возможен.
К счастью, у химиков есть крошечные помощники, позволяющие им значительно удешевить производство антибиотиков. В огромных резервуарах, занимающих два этажа большого здания, в питательных растворах быстро растут плесневые грибки Penicillium. В своем нитевидном мицелии они образуют то чудесное вещество, которое уже миллионы раз спасало людям жизнь, - пенициллин.
Родственников этих грибков мы легко сможем увидеть своими глазами, если надолго оставим кусок влажного хлеба в теплом месте. Плесневые грибки играют также немаловажную роль при изготовлении некоторых сортов сыра (рокфор и др.).
Почти столь же важен, как и пенициллин, другой антибиотик - стрептомицин, благодаря применению которого намного уменьшилась опасность воспаления легких, туберкулеза и других тяжелых заболеваний. Он образуется из лучистых грибков, часто растущих на лесной почве. Им отчасти обязан своим возникновением знакомый нам пряный аромат леса. На заводе эти грибки тоже культивируются в огромных объемах питательной среды.
Задачи химиков при производстве этих антибиотиков разнообразны и сложны - от подготовки питательных растворов до необычайно трудного отделения чистых антибиотиков от мицелия. Кроме того, выделенные вещества нужно еще точно дозировать и придать им устойчивость введением соответствующих добавок. Не случайно при изготовлении 1 кг стрептомицина расходуется не менее 500 т растворителей и различных химических реактивов.
Наряду с антибиотиками химико-фармацевтические заводы производят множество других лекарственных веществ, выпуская с каждым годом все новые и новые препараты. Быть может, наступит день, когда они вооружат нас эффективными препаратами против рака - злейшего врага человечества, который пока еще не побежден.

ПРОСТОЕ ДЕЗИНФИЦИРУЮЩЕЕ СРЕДСТВО

Большинство лекарств имеет короткие и благозвучные названия. Однако эти названия обычно ничего не говорят нам о химической природе содержащихся в них активных веществ. Если еще раз внимательно осмотреть коробочку с лекарством или прочитать вложенную в нее инструкцию, то иногда можно обнаружить написанное мелким шрифтом точное химическое название препарата. Среди этих названий часто встречаются настолько сложные и длинные, что нам едва ли удастся их расшифровать или хотя бы выговорить без запинки. Однако именно эти названия точно раскрывают специалисту строение активных веществ. Действительно, лекарственные вещества большей частью имеют очень сложное химическое строение, и их изготовление требует многочисленных трудоемких операций. При этом активная составная часть молекулы нередко имеет очень простое строение, но часто ее приходится присоединять к другим группам. Эти второстепенные группы, на первый взгляд вообще не нужные, так или иначе улучшают лекарственное действие активного фрагмента: например, они могут уменьшить нежелательный побочный эффект лекарства, улучшить его вкус, а главное - способствовать тому, чтобы активный компонент высвобождался только в тех органах тела, где он и должен действовать.

Изготовим лекарство

Чтобы получить представление о лекарственных веществах, синтезируем ангидрометиленлимоннокислый гексаметилентетрамин - препарат, применяемый в качестве антисептика для мочевыводящих путей. Для этого понадобятся 25 мл 35%-ного формалина (Осторожно - яд!), то есть водного раствора метаналя (формальдегида). 10 мл 25%-ного водного аммиака, 25 г тонко измельченной лимонной кислоты, 10 мл коццентрированной соляной кислоты, 100 мл денатурата и 3 г активного угля.
Как показывает сложное название препарата, он образуется в результате соединения двух составных частей - гексаметилентетрамина и ангидрометиленлимонной кислоты. Поэтому вначале нам нужно получить оба эти промежуточных продукта.
В гексаметилентетрамине шесть метиленовых грудп СН2 связаны с четырьмя трехвалентными атомами азота таким образом, что возникает система колец, образующих тетраэдр, Чтобы его получить, нальем 12,5 мл формалина в маленькую (около 100 мл) колбу Эрленмейера и тщательно охладим ее холодной водой. Постепенно, малыми порциями, добавим 15 мл аммиака. Затем закроем колбу пробкой и оставим ее на 2 часа в холодной воде. После этого прильем еще 2,5 мл аммиака, выдержим а течение 24 часов и выльем раствор в плоскую тарелку или фарфоровую чашку. Тарелку поставим в теплом месте - поблизости от батареи центрального отопления или печи - и выдержим длительное время, чтобы жидкость, испарилась. Образующийся кристаллический осадок выскребем шпателем, поместим в чистую сухую колбу Эрленмейера и растворим приблизительно в 60 мл спирта при нагревании на водяной бане. К раствору добавим 1 г активного угля, слегка упарим его на водяной бане и оставим остывать. При этом кристаллизуется чистый гексаметилентетрамин. Отфильтруем его и взвесим. Выход при тщательном выполнении опыта должен составлять около 80%, то есть 5-6 г. Ангидрометиленлимонная кислота
ангидрометиленлимонная кислота
как подсказывает химику ее название, образуется из лимонной кислоты в результате присоединения к ней метиленовой группы и отщепления водорода. Чтобы осуществить такое превращение, мы должны подействовать на лимонную кислоту метаналем в присутствии соляной кислоты. Последняя ускоряет реакцию, то есть служит катализатором.
Поскольку реакция сопровождается выделением едких паров, проведем ее на открытом воздухе или в вытяжном шкафу. Поставим на водяную баню фарфоровую чашку диаметром 8- 10 см и поместим в нее 25 г лимонной кислоты, 10 мл формалина (40%-ного раствора метаналя) и 10 мл чистой концентрированной соляной кислоты.
Теперь нагреем смесь при одновременном перемешивании контролируя температуру водяной бани термометром. Она должна составлять 80-85 0С и ни в коем случае не подниматься выше.
Когда через полчаса или меньше на поверхности смеси образуется слой мелких кристалликов, продолжим нагревание еще 15 минут и поставим чашку в баню со льдом или снегом (а в крайнем случае - с холодной водой) для быстрого охлаждения.
Образуется густая каша из кристаллов - ее нужно отфильтровать, лучше всего на воронке Бюхнера.
Для очистки отжатый осадок, который представляет собой ангидрометиленлимонную кислоту, снимают с фильтра, взвешивают во влажном состоянии, а затем помещают в колбу Эрленмейера и растворяют не более чем в 1,5-кратном количестве горячей дистиллированной воды.
К горячему раствору добавляют активный уголь и как можно быстрее фильтруют его через складчатый фильтр, причем воронку с фильтром предварительно подогревают. Фильтрат оставляют для кристаллизации при сильном охлаждении, лучше всего в бане со льдом.
Через несколько часов выпадает ангидрометиленлимонная кислота большей частью в виде совершенно бесцветных кристаллов, которые надо отфильтровать обычным образом или лучше с отсасыванием и высушить на фильтровальной бумаге при умеренном нагревании. Выход при тщательном выполнении опыта составляет 10 г.
Получив оба промежуточных продукта, мы тем самым осуществили самую трудную часть синтеза. Теперь, чтобы получить само лекарство, осталось лишь смешать оба вещества, но обязательно в растворенном состоянии и при нагревании. В двух химических стаканах (на 100 и 250 мл соответственно) растворим 5 г ангидрометиленлимонной кислоты в 20 мл спирта и 3,5 г гексаметилентетрамина в 30 мл спирта.
Для растворения оба стакана одновременно нагреем на водяной бане приблизительно до 80 °С. Затем горячий раствор ангидрометиленлимонной кислоты быстро выльем в большой стакан с раствором гексаметилентетрамина. При этом будем как можно энергичнее перемешивать смесь стеклянной палочкой. Лекарственный препарат выпадает полностью в виде белого осадка, который можно выделить фильтрованием.
Препарат почти не растворяется как в воде, так и в спирте и не имеет вкуса и запаха. При действии препарата увлажненная синяя лакмусовая бумажка краснеет, так как в лимонной кислоте остались еще свободные кислотные группы. В пробирку поместим пробу порошка - на кончике скальпеля, - добавим немного раствора едкого натра и слегка нагреем. По резкому запаху метаналя мы заметим, что препарат подвергается расщеплению. На этом и основано его применение. В мочевыводящих путях препарат отщепляет метаналь и в результате проявляет антисептические свойства. Кроме того, высвобождающаяся лимонная кислота очищает мочу. Разумеется, мы не станем принимать изготовленный нами препарат, так как из-за недостаточной чистоты использованных исходных веществ он вполне может содержать примеси (иногда даже ядовитые!).

ангидрометиленлимоннокислый гексаметилентетрамин Вспомним теперь то, что было сказано о строении лекарственных веществ в самом начале, перед описанием первого опыта.
Активной составной частью нашего препарата является метаналь (формальдегид) - вещество очень простого строения. Однако, вследствие неприятного запаха и вкуса его нельзя принимать в качестве лекарства.
Гексаметилентетрамин (уротропин), хотя он не имеет запаха и имеет сладковато-горький вкус, тоже не годится в качестве антисептика для мочевыводящих путей, так как при действии разбавленных кислот он легко отщепляет метаналь. (Давайте докажем это опытным путем!)
Принятый в качестве лекарства гексаметилентетрамин расщепляется уже в желудке соляной кислотой желудочного сока, а возникающий при этом метаналь присоединяется к содержащимся в желудке белкам и в результате преждевременно теряет свою активность. Поэтому гексаметилентетрамин путем соединения с ангидрометиленлимонной кислотой переводят в нерастворимую форму, которая разлагается лишь непосредственно в мочевых путях. Сам гексаметилентетрамин, а также его другие, растворимые в воде производные, часто употребляются как наружное средство для дезинфекции, а также против повышенной потливости.

ВОКРУГ САЛИЦИЛОВОЙ КИСЛОТЫ

Каждый из нас простужался. Если температура поднималась, врач нередко прописывал таблетки ацетилсалициловой кислоты (аспирина). Вскоре после приема таких таблеток, имеющих сладковатый, вяжущий вкус, температура тела заметно снижалась и резко усиливалось выделение пота.
Это один из важнейших лекарственных препаратов, который отлично помогал еще нашим бабушкам и дедушкам. Недаром его аптечное название - аспирин - всем известно. Ацетилсалициловая кислота, принадлежащая к числу старейших синтетических лекарственных веществ, по объему производства до сих пор занимает первое место среди лекарств. По своей химической природе она является производным салициловой кислоты, с которой стоит познакомиться ближе.
Салициловой кислоте соответствует следующая формула:салициловая кислота В соседних положениях бензольного кольца у нее находятся группа ОН, как у фенола, и группа СООН - как у бензойной кислоты. Салициловая кислота широко распространена в природе. Ее производные - большей частью такие, в которых она связана с остатком глюкозы, - содержатся, например, в листьях ивы, от латинского названия которой - Salix - происходит название салициловой кислоты, а также в эфирных маслах из различных растений, обитающих за пределами ГДР.
Первоначально салициловую кислоту получали из вытяжек листьев ивы или из масла американского барвинка, но еще в 1873 г. немецкий химик Кольбе открыл простой способ ее синтеза, который до сих пор в крупных масштабах используется в промышленности. По этому методу салициловую кислоту получают из фенола, натриевую соль которого обрабатывают диоксидом углерода. Сначала количество салициловой кислоты, полученной таким образом, измерялось килограммами.
Однако вскоре, когда ее стали применять для консервирования, а также в медицине (вместе с некоторыми ее производными) в качестве жаропонижающих и противоревматических средств, спрос резко увеличился. Уже в 1878 г. произведено 25 000 кг салициловой кислоты и во всем мире тогда едва ли существовала хотя бы одна крупная аптека, в которой не было бы выпущенной в Германии салициловой кислоты.
Таким образом, салициловая кислота стала родоначальницей первой группы синтетических лекарственных препаратов и с ее производства началось вообще развитие фармацевтической промышленности.

Опыты с салициловой кислотой

Для следующих опытов используем купленную в аптеке салициловую кислоту - кристаллический порошок, трудно растворимый в холодной воде и легко растворяющийся в горячей, а также в спирте и ацетоне. При осторожном нагревании в пробирке салициловая кислота возгоняется, а при сильном нагревании расщепляется с образованием фенола и диоксида углерода.
Салициловая кислота и многие ее производные дают с солями трехвалентного железа интенсивное фиолетовое окрашивание. Растворим немного салициловой кислоты в воде и добавим несколько капель сильно разбавленного раствора хлорида железа(III). Окраска устойчива при хранении или нагревании раствора.
Однако такую окраску с хлоридом железа могут давать и другие органические соединения. Например, растворим в воде кристаллик фенола (С фенолом нужно работать в резиновых перчатках, так как он вызывает на коже ожоги. Осторожно! Яд!) и смешаем этот раствор с хлоридом железа. При этом тоже появится фиолетовое окрашивание.
В двух других пробирочных опытах растворим фенол и салициловую кислоту не в воде, а в спирте. Теперь окраску с хлоридом железа даст только салициловая кислота.
Возьмем навеску 0,5 г салициловой кислоты, внесем ее в химический стакан и при слабом нагревании растворим в 250 мл воды. Отберем пипеткой 1 мл раствора и разбавим его в пробирке 9 мл воды. Затем из этой пробирки снова отберем 1 мл и опять в другой пробирке разбавим раствор в 10 раз. В третьей и четвертой пробирке снова разбавим раствор таким же образом. Теперь в каждую из 4 пробирок добавим несколько капель раствора хлорида железа и посмотрим, до какого разбавления можно еще обнаружить фиолетовую окраску.
Салициловая кислота вступает и в некоторые другие реакции, которые могут служить для ее обнаружения и в то же время дают нам наглядное представление о ее химических свойствах.
Нальем в пробирку 3 мл концентрированной серной кислоты и осторожно добавим 3 капли формалина, то есть раствора метаналя. Полученный раствор называется реактивом Коберта.
Если ничтожно малое количество салициловой кислоты поместить на часовое стекло, добавить 2 капли серной кислоты и через несколько минут смешать с одной каплей реактива, то вскоре появится розовое окрашивание (иногда для этого необходимо слабое нагревание).
К малому количеству приготовленного ранее раствора салициловой кислоты добавим несколько капель раствора сульфата меди и нагреем. Мы увидим яркое изумрудно-зеленое окрашивание. В пробирку поместим взятый на кончике скальпеля дихромат калия (яд) и несколько миллилитров разбавленной (приблизительно 10%-ной) серной кислоты. После добавления салициловой кислоты (тоже на кончике скальпеля) слегка нагреем пробирку. Если осторожно понюхать смесь, то по резкому запаху можно обнаружить образование метановой (муравьиной) кислоты.
Салициловая кислота очень легко реагирует с окислителями. При действии разбавленного раствора хромовой кислоты она образует метановую кислоту и диоксид углерода. Еще энергичнее действует перманганат калия, который почти количественно окисляет салициловую кислоту до диоксида углерода ("сжигание" в растворе).
Подобно жирным кислотам салициловая кислота может давать со спиртами сложные эфиры с отщеплением воды. Эти эфиры отчасти встречаются в природе, и некоторые из них применяются в парфюмерии в качестве веществ, обладающих приятным ароматом. Нагреем в пробирке 1 г салициловой кислоты с 1,5 мл метанола (Осторожно! Яд!) и несколькими каплями концентрированной серной кислоты.
Вскоре мы обнаружим приятный запах метилсалицилата (метилового эфира салициловой кислоты), который содержится в уже упомянутом масле барвинка. Ранее его выделяли из этого масла, а сейчас производят почти исключительно синтетическим путем. Он является важным душистым веществом и, кроме того, в смеси оливковым маслом используется в медицине в качестве средства для втирания при ревматизме.
С фенолом салициловая кислота тоже образует сложный эфир, который под названием "салол" выпускается фармацевтической промышленностью и применяется, например, при суставном ревматизме, при невралгиях и в качестве слабого антисептика. Он образуется, в частности, при быстром нагревании неочищенной салициловой кислоты и получается в промышленности путем сплавления салициловой кислоты с фенолом в присутствии водоотнимающего средства.
Упомянутый ранее главный компонент жаропонижающих таблеток и выпускаемых в ГДР таблеток от зубной боли - ацетилсалициловая кислота - тоже относится к классу сложных эфиров. Однако в данном случае салициловая кислота образует эфир за счет другой своей группы - гидроксида ОН, который этерифицируется (Этерификацией называют получение эфиров из кислот и спиртов. - Прим. перев.) уксусной кислотой.
Поскольку получить это вещество в наших условиях трудно, проведем с ним лишь некоторые простые реакции. Таблетку ацетилсалициловой кислоты растворим при слабом нагревании и перемешивании в 200 мл воды. Проверим реакцию раствора с помощью индикаторной бумаги. Поскольку в веществе содержится незатронутая карбоксильная группа салициловой кислоты СООН, среда оказывается кислой.
Выясним, способна ли ацетилсалициловая кислота вступать в описанные выше для салициловой кислоты реакции с хлоридом железа или сульфатом меди. С реактивом Коберта кусочек таблетки дает такую же реакцию, как и салициловая кислота. (Заметим, что такую же реакцию дает и салол.)
Теперь мы можем устроить ревизию в домашней аптечке и исследовать самые разнообразные лекарства - жаропонижающие, от головной боли, от ревматизма и другие - на содержание салициловой кислоты или ее эфиров. При этом мы не раз обнаружим положительную реакцию и еще раз убедимся в том, что салициловая кислота все еще играет выдающуюся роль в современной терапии.
Салициловая и бензойная кислоты уже в незначительной концентрации препятствуют росту дрожжевых и плесневых грибков, а также некоторых бактерий. Поэтому они в больших количествах применяются для консервирования продуктов питания. Преимуществом этих обоих веществ является их низкая токсичность и то, что они сами почти не имеют вкуса. Обычно для предотвращения спиртового брожения или роста плесневых грибков достаточно добавить лишь 0,1% одной из этих кислот.
Это мы легко можем проверить, поместив на часовые стекла кусочки хлеба, фруктов или других продуктов и смочив их сильно разбавленным раствором салициловой кислоты. Для контроля рекомендуется некоторые из проб увлажнить только водой.
Если пробы выдержать в теплом месте при наличии влаги, то уже через несколько дней мы заметим быстрый рост плесневых грибков в контрольных опытах - там, где не была добавлена салициловая кислота. Между тем продукты, обработанные салициловой кислотой, совсем не испортятся.
А вот к бродящему фруктовому соку, из которого дома готовят наливку, добавлять салициловую кислоту не стоит, потому что брожение с образованием спирта тоже прекратится. Это используется в пищевой промышленности для предохранения виноградного и других фруктовых соков от брожения.

Читать сначала >>> || Содержание книги || Читать дальше >>>

Читальный зал кунсткамеры: что тут есть?


 


Рассылки Subscribe.Ru
Алхимик - новости и советы