ДЕМОКРАТИЧНА УКРАЇНА НАУКА
ПЕРЕД ТИМ, ЯК ВИГУКНУТИ: «ЕВРИКА!»
Науку хімію творили люди одержимі — спочатку алхіміки, згодом — лікарі та аптекарі, нарешті, власне хіміки. Вони щиро вірили у своє покликання і не шкодували сил, здоров’я, а часом — і життя заради істини, щоб одержати нові речовини і матеріали, конче потрібні людям. Отже, як народжуються відкриття?

Чудова випадковість
Світовій науці відомо багато випадків, коли наукові відкриття ставали результатом щасливого збігу обставин. Для прикладу згадаємо винайдення органічних барвників, які широко використовують в сучасній промисловості. Ще 1856 року англійський хімік-органік Вільям Перкін-старший намагався, скориставшись ідеєю свого авторитетного вчителя Августа Гофмана, синтезувати з кам’яновугільної смоли протималярійний препарат — хінін (майбутньому великому хімікові було тоді 18 років). Ліків не одержав, зате внаслідок окиснення неочищеного аніліну біхроматом калію утворилася червонясто-фіолетова речовина — барвник мовеїн. Перкіну пощастило двічі: по-перше, він зробив відкриття завдяки помилковій ідеї свого учителя щодо пошукової методики одержання хініну, а по-друге, у його розпорядженні був анілін з домішкою толуїдинів, необхідних для утворення барвника.
А ось який випадок стався з німецьким хіміком-органіком Генріхом Каро. Перед ним стояло завдання — утилізувати накопичений на складах відомої й нині фірми BASF побічного продукту — антрахінону. У пошуку рішення цієї проблеми Каро змішав антрахінон із щавлевою і сірчаною кислотою. Потім нагрів цю суміш. Однак щавлева кислота розклалася, так і не вступивши в реакцію. Та з якоїсь причини Каро вийшов з хімічної лабораторії, забувши вимкнути пальник. Коли повернувся, побачив серед вуглеподібних залишків реакційної суміші рожевий сплав, який і виявився алізарином. Так був відкритий один зі способів одержання цього важливого для тих часів барвника.
Довгий час не вдавалося налагодити синтетичне виробництво важливого барвника індиго. За це бралося багато фахівців, але найбільш значний внесок зробив німецький хімік-органік, нобелівський лауреат (1905) Адольф фон Байєр. Майже два десятиліття знадобилося йому на з’ясування структури індиго і пошук шляхів його синтезу, ще 15 років потрібно було для розробки технології промислового виробництва. Його колега Карл Хейнман запропонував семистадійний спосіб одержання індиго. І тут знову допоміг щасливий випадок. Якось під час експерименту розбився лабораторний термометр, ртуть потрапила до реакційної суміші, і нафталін майже миттєво й з високим виходом окиснився до цільового продукту — фталевої кислоти. Причиною була каталітична дія сульфату ртуті, що утворився в результаті взаємодії ртуті з гарячою сірчаною кислотою.
Хімія — наука, заснована на експериментальному досвіді. Тож рідкісні щасливі випадки завжди відігравали важливу роль у творенні нових хімічних речовин.

Не було б щастя...
Історія хімії знає чимало прикладів, коли гостра практична потреба породжувала відкриття, нові оригінальні підходи до рішення давніх життєво важливих проблем. Наприклад, у передвоєнній Німеччині, позбавленій доступу до нафтових джерел, назрівав гострий дефіцит пального для військової техніки. Маючи значні запаси кам’яного вугілля, німці були змушені шукати способів його перетворення на рідке паливо. Ця проблема була успішно розв’язана завдяки зусиллям хіміків, з яких насамперед варто згадати Франца Фішера.
У 1926 році була опублікована робота Ф. Фішера і Г. Тропша «Про прямий синтез нафтових вуглеводнів за звичайного тиску», у якій повідомлялося, що за допомогою різних каталізаторів у процесі відновлення воднем монооксиду вуглецю за атмосферного тиску і 270 °С можна отримати рідкі й навіть тверді гомологи метану. Так виник знаменитий синтез вуглеводнів з газів Фішера-Тропша. Суміш газів у різних співвідношеннях (так званий синтез-газ) можна легко одержати не тільки з вугілля, а й з будь-якої іншої вуглецевмісної сировини.
Слід зазначити, що до синтезу Фішера-Тропша був відомий інший спосіб одержання рідкого палива — не із синтез-газу, а з вугілля безпосередньою гідрогенізацією. У цій галузі значних успіхів домігся також німецький хімік — Ф. Бергіус, який у 1911 році одержав з вугілля бензин. Справедливості заради згадаємо, що синтез Фішера-Тропша виник не на порожньому місці — на той час були наукові передумови, які ґрунтувалися на досягненнях органічної хімії й гетерогенного каталізу. Ще в 1902 році П. Сабатьє й Ж. Сандеран уперше одержали метан з СО і H2. У 1908 році наш земляк, професор Харківського університету Єгор Орлов відкрив, що внаслідок пропущення монооксиду вуглецю і водню над каталізатором, що складається з нікелю і палладію, нанесених на вугілля, утворюється етилен.
Виробництво штучного рідкого палива сягнуло найвищого розвитку в роки Другої світової війни. Синтетичне пальне майже повністю задовольняло потреби Німеччини в авіаційному бензині. Енергетичний шок 1970-х років відродив інтерес учених і промисловців до використання сировини, альтернативної нафті. Тут перше місце, безперечно, належить вугіллю. Світові запаси вугілля величезні, вони, за різними оцінками, більш ніж у 50 разів перевершують нафтові ресурси, тож їх може вистачити на сотні років. Немає сумніву, що в недалекому майбутньому використання синтезу-газу відіграватиме ключову роль не так для виробництва різного роду «вугільного» палива (якому поки що важко конкурувати з нафтовим), як для органічного синтезу. Нині у промисловому масштабі за методом Фішера-Тропша одержують бензин, газойль і парафіни.

Методом спроб
Пошук шляхів розв’язання будь-якої хімічної проблеми, коли ще немає належної підходящої наукової теорії і доводиться перебирати варіанти, хіміки жартома називають «методом наукового тику». Є в цього методу й більш благозвучна, наукова назва — «скринінг» (від англ. screen — «просіювати»).
Історія хімії знає чимало кумедних випадків використання цього «методу тику». Ось що, наприклад, сталося у Великій Британії в часи королеви Вікторії (1837-1901). Тоді багато ірландців за національною традицією носили (носять і досі) теплі фланелеві нічні сорочки. Оскільки житло тоді опалювали відкритим вогнем, то це часто призводило до нещасних випадків: на людині, яка дрімала біля каміна, спалахувала ворсиста тканина. Ситуація була настільки небезпечною, що влада пригрозила заборонити продаж фланелі, якщо не знайдеться доступного способу зробити її вогнестійкою.
Текстильники звернулися по допомогу до хіміків. Проблему вирішив уже відомий нам (див. початок статті) Вільям Перкін-старший. Він запропонував обробляти фланель нетоксичним водним розчином хлориду олова. Коли журналісти запитали Перкіна, як йому спало на думку таке незвичайне і неординарне рішення, він сказав: «Усе дуже просто. Ви знаєте, що в мене велика і добре обладнана лабораторія з безліччю хімічних реактивів, які розміщено на полицях за алфавітом. Я розпочав пошуки від «А» і знайшов те, що шукав, коли дійшов до «S». (станум хлорид, з англійської — stannous chlorіde).
Ще приклад. На початку ХХ ст. німецький хімік-органік, лікар, бактеріолог Пауль Ерліх запропонував шукати нові лікарські препарати цим же методом скринінгу. Суть полягала в тому, що широке коло різних хімічних сполук, зокрема й уперше синтезованих, за допомогою стандартних методик фахівці піддають перевірці на біологічну активність, сподіваючись на те, що рано чи пізно на «ситі» заблищить самородок — речовина з потрібними лікарськими властивостями. Ерліх у пошуку ефективних ліків від сифілісу особисто синтезував 605 хімічних речовин — безрезультатно. І лише наступний «препарат 606» (миш’якоорганічний сальварсан) мав потрібні властивості. Ерліх публічно переконував, що йому пощастило: «Я цілком міг знайти те, що шукав, і після синтезу «препарату 6666».
Нині кількість синтетичних препаратів обчислюється багатьма тисячами. Пошук нових лікарських засобів провадять в найбільших наукових центрах світу. А метод скринінгу й дотепер не втратив свого значення, хоча він потребує вкрай великих затрат праці і часу. За статистикою, новий фармацевтичний препарат отримують лише в одному випадку з десятків тисяч — якщо діяти методом спроб і помилок. Але є інший принцип, який приводить до мети набагато швидше. Це цілеспрямований синтез на основі накопичених за багато десятиліть знань, і власний досвід, й інтуїція дослідника. Досвідчений фахівець, глянувши на структурну формулу, з високою вірогідністю скаже, якого ефекту слід очікувати від цієї хімічної сполуки — судинорозширювального чи знеболювального. Відомо також, які хімічні групи і радикали-замісники підсилюють ефект, які — послаблюють. І все одно, впровадження в практику будь-якого нового фармакологічного препарату потребує величезних зусиль хіміків, біологів, лікарів, фармакологів...

Його величність Осяяння
Хвилини рідкісного натхнення, коли зненацька приходить таке необхідне рішення (осяяння), описують біографи великих хіміків. Відомо, наприклад, що Дмитро Менделєєв остаточний варіант періодичної таблиці хімічних елементів побачив уві сні. Фрідріх Август Кекуле, німецький хімік-органік, запевняв своїх колег, що структура бензольного кільця приснилася йому, коли він відпочивав у кріслі перед каміном. Рівно через 25 років після відкриття Кекуле, коли німецькі хіміки відзначали «свято бензолу», вчений так описував народження знаменитої формули: «...Моя хімічна лабораторія стояла в провулку, тому навіть удень в ній панувала напівтемрява. Для хіміка, який цілі дні проводить в лабораторії, це не було перешкодою. Я тривалий час працював над своїм «Підручником з органічної хімії», але щось мені заважало, думки десь витали. Я повернув крісло до каміна і задрімав... Атоми затанцювали перед моїми очима. Цього разу маленькі групи атомів вуглецю та водню трималися скромно на другому плані. Мій погляд зосередився на більших фігурах різної форми. Довгі ланцюжки дуже часто зближалися і перетворювалися у трубку, нагадуючи двох змій. Але що це? Одна з них вчепилася зубами у власний хвіст, продовжуючи глумливо кружляти перед моїми очима. Я раптово прокинувся й провів залишок ночі, обдумуючи висновки з моєї гіпотези про будову молекули бензолу». Начебто б все просто. Однак це лише уявна простота. Кому ще можуть приснитися атоми, які кружляють в танці, як не людині, котра тривалий час завзято і виснажливо розмірковує над пов’язаною з ними проблемою».
Швейцарський хімік Альфред Вернер, нобелівський лауреат (1913), творець знаменитої координаційної теорії, прокинувся вночі тому, що вся теорія зненацька вибудувалася в його мозку. Відомі й інші приклади. Фізикові Максу Планку квантова гіпотеза з’явилася серед дня, як спалах блискавки. Відома легенда про те, що фізик Ісаак Ньютон відкрив закон всесвітнього тяжіння, коли йому на голову впало яблуко.
Можна припустити, що біографи великих учених, бажаючи представити більш ефектно сам факт того чи іншого наукового відкриття, мимоволі приділяють підвищену увагу саме опису моменту, коли воно звершилося. Спокійні міркування приводять до дещо інших висновків. Дійсно, всі люди лягають уночі спати. Чому ж Періодична система хімічних елементів приснилася саме Менделєєву, а не кому-небудь іншому? Вирішальну роль хвилинних осяянь спростовують і самі автори відкриттів, пояснюючи, що ж насправді було джерелом: «Увесь час думав про це, тому й відкрив» (Ньютон), «Трудився, трудився, все життя трудився. Шукав, то й знайшов» (Менделєєв), «Я просто не відступав у своїй роботі. Ось і все» (Ейнштейн), «У кожному генії лише 1% генія і 99% праці» (Едісон).
Тут хочеться провести аналогію з тим, як знаходять потрібне рішення письменники, художники чи музиканти. Для порівняння найбільше підходять випадки, коли творець не сам ставить собі завдання, а воно пропонується йому в сформульованому вигляді. Одного разу в інтерв’ю композитор Родіон Щедрін розповів, що якось йому були зателефонували з Нюрнберга (Німеччина) і запропонували написати вступ до знаменитої дев’ятої симфонії Бетховена. Музиканти оркестру мають виконувати без перерви вступ і саму симфонію. Безумовно, завдання надзвичайно важке і відповідальне. Рішення прийшло до композитора в той момент, коли під час руху по шосе його машина забуксувала на льоду й з’їхала в кювет. Разом з почуттям крайнього роздратування й досади народилася потрібна ідея. Її втілення, на думку автора, є найкращим із-поміж усього, що він написав у ті часи. У сенсаційній подачі цієї події наголошується на хвилинній втраті керування автомобілем, але виважені роздуми спонукають нас до іншого висновку. Головне в тому, що композитор перед цим довго розмірковував, а дорожня подія зіграла роль спускового гачка.
Шлях, який веде до осяяння, у більшості творчих людей досить схожий. Висловлювання талановитих персон, далеких від природничих наук, це підтверджують. Відомі рядки Володимира Маяковського: «Поезія — той же видобуток радію...», слова Антона Чехова: «Талант — це праця, важка, завзята і повсякденна!»
За цими афористичними фразами прихована суттєва «деталь»: напружена праця творчої думки — це не робота з примусом «від» і «до», а органічна потреба допитливого розуму, природне прагнення творця знайти рішення.

Григорій КОВТУН, член-кореспондент НАН України

Від «ДУ». На превеликий жаль, це останній матеріал із редакційного портфеля, написаний відомим ученим-хіміком Григорієм Ковтуном. Він активно співпрацював з нашою газетою, майстерно популяризував часом надто складні для нефахівців проблеми науки. Недавно Григорія Ковтуна не стало, він кілька місяців не дожив до свого 60-річчя.
Щиро співчуваємо рідним, друзям і колегам світлої пам'яті Григорія Олександровича Ковтуна.
також у паперовій версії читайте:

назад »»»