Панорама современного естествознания

2) оно подвижно, т. е. для творческого мышления не составляет труда перейти от одного аспекта проблемы к другому, не ограничиваясь одной единственной точкой зрения;

3) оно пластично, т. е. творческие люди предлагают множество решений в тех случаях, когда обычный человек может найти лишь одно или два.

3. Здоровье и работоспособность

Достойно ли смиряться под ударами судьбы иль надо оказать сопротивленье и в смертной схватке с целым морем бед покончить с ними?

В. Шекспир.

Здоровье человека во многом связано с эволюционно-экологическими основами его психофизической деятельности .Ритмы жизни, урбанизация, миграция, современные биосферно-ноосферные экологические изменения в целом предъявляют к людям новые требования.

Французский биолог и медик К. Бернар выдвинул идею единства здоровья и болезни и, по существу, обосновал учение о гомеостазе. Учение о гомеостазе основано на убеждении единства здоровья и болезни. Здоровье и болезнь - это два качественно различных феномена, которые могут сосуществовать в индивидууме. Сам организм, его центральная нервная система может быть организатором патологических процессов. Самоорганизация патологического процесса есть организация адаптивной программы в экстремальных, аварийных условиях среды, а патология есть организованный вариант выживания на основе видовой программы приспособления вида. В экстремальных условиях (в случае перегрузки, травмы, инфекции, интоксикации и др.) видовая аварийная программа реализуется в том, что существенно сокращается внешняя работа и все резервы направляются на развитие новых внутренних функциональных морфологических механизмов сохранения жизнеспособности, выживания, выздоровления. Такая перестройка организма относительно обычной здоровой жизнеспособности оценивается как нечто внешнее, как болезнь. Значит, реакция организма на вредно-действующие на него влияния внешней среды и составляет сущность больной жизни.

Необходимо четко разграничивать здоровье отдельного человека и здоровье популяции. Здоровье индивида есть динамический процесс сохранения и развития его социально-природных, биологических, физиологических и психических функций, социально-трудовой, социокультурной и творческой активности при максимальной продолжительности жизненного цикла. Здоровье популяции представляет собой процесс долговременного социально-природного, социально-исторического и социокультурного развития жизнеспособности и трудоспособности человеческого коллектива в ряду поколений. Здоровье популяции и индивида является необходимой предпосылкой интеллектуального здоровья человека, полноценной реализации его творческих возможностей.

Можно выделить три важнейшие функции популяционного здоровья:

1. конкретный живой труд в ходе производственной деятельности, которая совершается работающими индивидами внутри данной популяции;

2. социально-биологическое воспроизводство последующих поколений;

3. воспитание и обучение последующих поколений. Кратко понятие "здоровье" можно сформулировать как стояние полного физического, умственного и социального благосостояния. Запас жизненной энергии у людей разный. Когда организм переживает состояние стресса, все его жизненно важные системы подвергаются перенапряжению, будь то сердце, почки, желудок или другие органы. Они выходят из строя в зависимости от того, какой из них наиболее уязвим у каждого конкретного человека. Неверным является предположение о том, что после того, как они подверглись действию чрезвычайных раздражителей, отдых может им вернуть прежнее состояние и силы. Попытка избежать все формы стресса также не выход из положения. Исследования показали, что сокращение активности также ведет к сокращению жизни.

Когда человек не справляется с критическими стрессовыми состояниями, его мозг или организм обязательно выходит из строя. Заболевание ударит по самым уязвимым местам нашего организма, по тем органам, которые оказались повышенно чувствительными в результате перенесенных детских заболеваний, наследственной предрасположенности или состояния нервной системы. Чтобы противостоять болезням и сохранить состояние здоровья организма, необходимо стараться избежать состояний, ведущих к эмоциональному перенапряжению, например, избежать шума. Подобно тому, как мрачные мысли могут вывести организм из строя, так светлые и добрые помогут сохранить наилучшее здоровье. Свежий воздух, солнечный свет, умеренность, отдых, физические упражнения, вода и правильное питание -- необходимые факторы здоровья и долголетия. Деятельность - закон всего нашего существования, бездеятельность -- причина болезней. Чтобы избежать болезни, необходимо держать себя в хорошей физической форме. Среди физически пассивных людей инфаркт миокарда встречается в два раза чаще, чем среди людей физически активных.

Мало кто реально представляет себе, какую роль играет вода в нашей жизни. На 50--65% человеческий организм состоит из воды. В среднем человек должен выпивать минимум 6 стаканов воды ежедневно. Распланируйте питье воды таким образом: два стакана сразу после подъема утром, два - в середине дня, между завтраком и обедом, и два стакана во второй половине дня.

Для нормального функционирования наш организм нуждается в правильном питании. Чрезмерное употребление соли может привести к серьезным проблемам, в частности, к повышению кровяного давления. Повышенное потребление сахара пагубно влияет на состояние зубов, увеличивает уровень холестерина в крови, что может привести к заболеваниям сердца, приводит к нарушению работы клеток мозга и снижает устойчивость к инфекционным заболеваниям. Доказано не только то, что вегетарианская диета стоит наравне с мясной, но и то, что во многих отношениях она значительно лучше. Здоровье -- это количество резервов в организме, это максимальная производительность органов при сохранении качественных пределов их функций. Секрет долго-летия кроется в следующих условиях жизни: закаленное тело, здоровые нервы и хороший характер, правильное питание, климат, ежедневный труд. С точки зрения современной науки имеются восемь важнейших условий правильного образа жизни:

1) труд является важнейшим условием физиологического благополучия;

2) нормальный сон является средством восстановления сил мозга;

3) хорошее настроение и положительные эмоции обеспечивают доброжелательное отношение к другим людям, оптимизм;

4) весьма существенным условием является рациональноe питание как по качеству и количеству, так и по режиму потребления;

5) важное условие -- избежание потребления алкоголя и никотина;

6) соблюдение режима, т. е. выполнение определенной деятельности организма в определенное время, что приводит к образованию условных рефлексов на время;

7) закаливание организма понимается как процесс приспособления организма к неблагоприятным внешним воздействиям;

8) физические упражнения, достаточный объем двигательной активности являются важнейшим элементом правильного образа жизни.

Работоспособность определяет возможности организма при выполнении работы к поддержанию структуры и энергозапасов на заданном уровне. В соответствии с двумя основными типами работ -- физической и умственной -- различают физическую и умственную работоспособность. Работоспособность зависит от текущего уровня здоровья, самочувствия человека, типологических свойств нервной системы, индивидуальных особенностей функционирования психических процессов (памяти, мышления, внимания, восприятия), от оценки человеком значимости и целесообразности мобилизации определенных ресурсов для выполнения определенной деятельности. В процессе выполнения работы человек проходит через различные фазы работоспособности. Фаза мобилизации характеризуется предстартовым состоянием. При фазе врабатываемости могут быть сбои, ошибки в работе, постепенно происходит приспособление организма к наиболее экономному, оптимальному режиму выполнения данной конкретной работы. Фаза оптимальной работоспособности (или фаза компенсации) характеризуется оптимальным, экономным режимом работы организма и хорошими, стабильными результатами, максимальной производительностью и эффективностью труда. Затем, во время фазы неустойчивости компенсации, происходит своеобразная перестройка организма: необходимый уровень работы поддерживается за счет ослабления менее важных функций, дополнительных физиологических процессов, менее выгодных энергетически и функционально. При выходе за пределы работоспособности, после фазы неустойчивой компенсации наступает фаза декомпенсации, сопровождаемая прогрессирующим снижением производительности труда, появлением ошибок, выраженными вегетативными нарушениями: учащением дыхания, пум нарушением точности координации.

Первый этап -- врабатывание -- приходится, как правило, на первый час от начала работы. Второй этап -- устойчивой работоспособности -- длится последующие 2--3 ч, после чего работоспособность вновь снижается. В течение недели также отмечаются те же три этапа. В понедельник человек проходит стадию врабатывания, во вторник, среду и четверг имеет устойчивую работоспособность, а в пятницу и субботу у него развивается утомление. Утомление не разрушает организм, а поддерживает его. При этом происходят восстановительные процессы, "текущий ремонт" органов и тканей.

Начиная с фазы неустойчивой компенсации возникает специфическое состояние утомления. Различают физиологическое и психическое утомление. Первое из них выражает воздействие на нервную систему продуктов разложения, освобождающихся в результате двигательно-мускульной деятельности, а второе-- состояние перегруженности самой центральной нервной системы. Психическое утомление, т. е. ощу-щение усталости, как правило, предшествует утомлению физиологическому. После прекращения работы наступает фаза восстановления физиологических и психических ресурсов организма. В случае неполного восстановительного периода сохраняются остаточные явления утомления, которые могут накапливаться, приводить к хроническому переутомлению различной степени выраженности. В состоянии переутомления длительность фазы оптимальной работоспособности резко сокращается, снижается умственная работоспособность.

4. Вопросы биомедицинской этики

Чтоб мудро жизнь прожить, знать надобно немало,

Два важных правила запомни для начала:

Ты лучше голодай, чем что попало есть

И лучше будь один, чем вместе с кем попало.

Омар Хайям.

Биоэтику, или сложные поведенческие программы, присущие животному миру, следует рассматривать как естественное обоснование человеческой морали. Много признаков, присущих человеку, обусловлено генетически. И только часть человеческих черт обусловлена воспитанием, образованием и другими факторами внешней среды обитания. Поэтому суть эволюции составляет процесс передачи генов от поколения к поколению. Все человеческие действия -- это его поведение.

С помощью биоэтики можно ответить на вопрос о происхождении таких важнейших проявлений человеческого разума, как мораль и этика. Этологи -- специалисты по поведению животных -- открыли у них большой набор интенсивных запретов, необходимых и полезных в общении с сородичами. Все эти врожденные запреты возникают под жестким давлением отбора ради выполнения задачи сохранения вида. К важнейшим из таких запретов относятся следующие:

1) «не убей своего» -- первый основополагающий запрет очень многих видов;

2) нельзя нападать неожиданно и сзади, без предупреждения и без проверки;

3) запрещено применять смертельное оружие или убийственный прием в драке со своими;

4) непозволительно бить того, кто принял позу покорности;

5) победа преимущественно бывает на стороне того, кто прав.

Таким образом, одним из важнейших выводов биоэтики является то, что в нашем поведении помимо действий, порожденных разумом, есть действия, мотивированные древними врожденными программами, доставшимися нам от животных предков. Биоэтика включает в себя этические нормы отношения к животным, экологическую этику, этику отношений человека с биогеоценозами и со всей биосферой. Она является формой защиты прав человека, в том числе его права на жизнь, на здоровье, на ответственное и свободное самоопределение своей жизни. Если биоэтику трактовать не как узкомедицинскую и биологическую, а как широкую и философски глубокую дисциплину, то ее центральное ядро - отношение к жизни и смерти. Жизнь понимается как самоценность, как высшая ценность. Поэтому возникают проблемы, которые выходят за рамки отношений врача и пациента, а именно отношение к жизни, животным, к биогеоценозам, к биосфере и т. д. Биоэтика как отрасль науки возникла и стала интенсивно развиваться в США и Западной Европе. В последние несколько десятилетий (начиная с 70-х гг.) в связи с успехом молекулярной биологии, генной инженерии, клеточной инженерии, внедрением в медицинскую практику трансплантации (пересадки) человеческих органов, появлением новых технологий деторождения, внедрением широкого спектра приемов продления жизни в реаниматологии и другими радикальными изменениями в медицине невольно возникала необходимость оценки моральной (этической) стороны (аспекта) и даже последствий подобных научных экспериментов и исследований. Дело в том, что научные эксперименты часто выходят за рамки сугубо профессиональной подготовки врача, генного инженера, биолога и приобретают Характер этических проблем, нуждаются в моральной оценке со стороны человеческого общества.

Рассмотрим естественно-научный и моральный аспекты каждого из этих достижений научно-технического прогресса. В связи с достигнутыми успехами генной инженерии в последнее время учеными предпринимаются серьезные попытки применения клонирования при помощи плазмид какого угодно участка ДНК многих животных, в том числе и человека. Ученым удалось перетасовать гены, комбинация которых в естественных условиях была невозможна из-за существующих барьеров (запретов биологического характера) на межвидовое скрещивание. По существу в области молекулярной биологии сняли природный запрет, позволили себе нарушить результаты эволюционного развития животного мира. Ведь известно, что ветви на дереве жизни в ходе эволюционного развития живой материи разошлись так сильно и далеко, что сама природа наложила вето на скрещивание разных видов ветвей (видов). Мы знаем, что в природных условиях невозможно скрещивание, например, между собакой и кошкой, как представителями разных видов. Подобные гибриды, если даже иногда образуются в самой природе, оказываются, хотя и жизнеспособными, но бесплодными (например, мул -- помесь осла и лошади). А ученые, создавая в пробирке какие угодно комбинации генов, пошли против природы, поставившей запрет на это.

После удачных опытов, подтвердивших, что рекомбинантные молекулы ДНК оказываются вполне биологически активными в среде клетки-хозяйки, в умах самих ученых возникли серьезные сомнения. Ученые задумываются: а что, если гибридные молекулы ДНК окажутся с чудовищными качествами, начнут размножаться с огромной скоростью и последствия таких экспериментов будут непредсказуемыми и гибельными для человечества? Перед генными инженерами встала проблема моральной ответственности перед человеческим обществом за подобные эксперименты. Тревогу забила и общественность, которую пугают возможные отрицательные последствия подобной работы ученых. После каждого очередного сообщения ученых о результатах своих исследований в области генной инженерии (как, например, это произошло с клонированием овец в Англии) в обществе возникают бурные страсти. На какое-то время ученые под нажимом общественного мнения прекращают свою работу, однако тяга научного творчества оказывается сильнее страха и они снова берутся за эксперименты. Подобные ситуации возникали в науке не один раз: вспомним, какие чувства, например, испытывали американские ученые физики-ядерщики перед первым испытанием атомной бомбы. Хотя в случае с генной инженерией степень риска не так велика, как с атомной бомбой, тем не менее, опасения в обществе время от времени возникают.

Успехи клеточной инженерии позволяют ученым в настоящее время сохранить на длительный срок в соответствующей питательной среде соматические и половые (даже оплодотворенные) клетки умерших животных, в том числе человека. Если перенести такую оплодотворенную в пробирке яйцеклетку или же соответствующий ей плод в матку суррогатной матери (этот прием получил название клонирования), то можно осуществить полноценное вынашивание плода без особых физиологических проблем. Но в подобных случаях возникают моральные проблемы: как должен чувствовать с этической точки зрения человек, появившийся на свет не совсем обычным способом, как отнесутся к нему его же сверстники, какие у них будут взаимоотношения, каковы будут их последствия. Нелегко отвечать на все эти вопро-сы. В аналогичных случаях вопросов возникает гораздо большe, чем имеется на них ответов. Многое здесь, по-видимому, будет зависеть от уровня развития данного общества, от господствующей в обществе морали и принятых норм поведения людей, их научных или же религиозных взглядов.

При распространении новых технологий деторождения, в частности, при искусственном осеменении или же "материнстве по найму", естественно, могут возникнуть споры между биологической и юридической матерями ребенка. Кто в этой ситуации может решить вопрос, кому же больше принадлежит такой ребенок; где же тот критерий, основываясь на котором может быть вынесено окончательное решение; кто наделен правом рассудить их: судья, врач или же общественное мнение? Решение этих вопросов больше лежит в области этики, чем в медицинской сфере.

При развитии и размножении соматических клеток в специально подобранных питательных средах появляется возможность получения целого организма из нескольких клеток, так как в них сохраняется набор всех генов взрослого организма. А проблема в том, будет ли полученный таким образом организм полным подобием исходного, или это будет нечто другое. Клеточные культуры применяются для производства лекарственных веществ растений, а каковы будут последствия применения их в животном мире -- трудно предусмотреть. Тут, по существу, речь может идти о возрождении, например, умершего человека из его оставшихся соматических (не половых) клеток. Если продолжить эту мысль, то можно прийти к выводу о том, что недалеко то время, когда методом культуры клеток (или тканей) или же клонированием можно искусственно "выращивать" в целях ускоренного развития человеческого общества таких гениальных людей, как А. Эйнштейн, В. А. Моцарт, В. Ленин и др. Трудно предугадать, какое общественное мнение возникнет на сей счет, как к этому отнесутся верующие люди и религия, не будут ли считать это греховным делом.

А пересадка человеческих органов, взятых у одного человека, другому человеку -- пациенту, нуждающемуся в этой операции -- это благо или же зло, а может быть, даже убийство? Мы знаем, что врачи считаются представителями самой гуманной на Земле профессии. Они по роду своей деятельности наделены правом, даже можно сказать, обязанностью вмешиваться в святая святых -- человеческую жизнь. Пересадка человеческого органа производится врачом из гуманных соображений, во имя блага пациента. Но трансплантируемый орган (если он отдельно не выращивается методом клеточной культуры) извлекается из организма другого человека. Вот тут как раз возникает много вопросов, сомнений и этических проблем. Если для пересадки органа организуется "охота" на людей с применением криминальных методов или же используется профессиональная непорядочность врача, а может быть, и жажда наживы, то, несомненно, это зло и может быть квалифицировано как убийство. Не говоря уже о глубокой аморальности этого явления, его следует квалифицировать как тягчайшее преступление, наказание за которое должен определить суд. В данном случае для пациента оборачивается злом для другого человека, ставшего жертвой пациента.

Если даже изъятие органа у безнадежно больного человека на первый взгляд не покажется столь преступным, то и в этом случае этический аспект проблемы остается открытым. Дело в том, что в настоящее время, как это было им продемонстрировано, границу между жизнью и смертью проводят уже на молекулярном уровне. Поэтому старые подходы, когда конец человеческой жизни определяли по прекращению дыхания и сердцебиения, давно потеряли свою значимость. Сейчас благодаря успехам реаниматологии на длительное время возможно продление существования человека (даже при поражении некоторых жизненно важных органов) путем применения аппаратов искусственного дыхания, искусственной почки, кардиостимуляторов и т. д. Прежде чем извлечь из человеческого организма тот или иной орган для пересадки другому пациенту, необходимо установить факт смерти первого. Сейчас "граница" между жизнью и смертью определяется не деятельностью сердца и легких, а жизнеспособностью мозга. Пока мозг жив, следует считать, что человек жив даже при остановившемся сердце и прекратившемся дыхании, и наоборот, человек мертв, если мозг необратимо погиб, даже если его сердце продолжает биться, а легкие "дышат". Даже смерть самого мозга происходит в несколько стадий: сначала погибает кора мозга, а затем его стволовая часть. За мозговой смертью следует уже смерть внутренних органов, и человек перестает существовать как единый функционирующий организм. Современная медицина в этом случае вынуждена фиксировать конец человеческой жизни, а молекулярная биология оставляет и в этой ситуации шанс и надежду на сохранение некоторых клеток умершего в качестве возможности продолжения, а точнее, возрождения его жизни методами генной и клеточной инженерии. Поэтому определение границы между жизнью и смертью в современных условиях становится очень трудной задачей, поскольку эта граница проходит уже на клеточном уровне.

К кругу биомедицинской этики могут быть причислены и такие злободневные вопросы, как аборт, проведение рискованных опытов над людьми, испытание на больных новых аппаратов, подвергающих их жизнь опасности, и ряд других. В заключение следует отметить, что биомедицинская этика-это сравнительная молодая область науки, призванная связывать между собой естественно-научную и гуманитарные культурные традиции. Термин "биоэтика" был введен в 1971 г. американским ученым В. Р. Поттером, и круг рассматриваемых этой молодой наукой проблем в будущем, возможно, еще расширится.

Выводы

1. Физиология человека изучает жизнедеятельность здорового человека, функции составных частей его организма: клеток, тканей, органов, систем. Она основана на изучении деятельности кровеносной, лимфатической, дыхательной, пищеварительной, выделительной, нервной систем, обмена веществ и энергии, желез внутренней секреции и др.

2. Здоровье -- это состояние полного физического, умственного и социального благосостояния человека. Оно во многом связано с эволюционно-экологическими основами его психофизической деятельности. Здоровье и болезнь -- это два качественно различных феномена, которые могут сосуществовать в индивидууме. Свежий воздух, солнечный свет, умеренность, отдых, физические упражнения, вода и правильное питание -- необходимое факторы здоровья и долголетия.

3. Работоспособность определяет возможности организма при выполнении работы и поддержании структуры и энего-запасов на заданном уровне. С точки зрения работоспособности, здоровье -- это количество резервов в организме, максимальная производительность органов при сохранении качественных пределов их функций.

4. Эмоции -- особый класс субъективных психологических состояний, отражающих в форме непосредственных переживаний результаты практической деятельности, направленной на удовлетворение актуальных потребностей. Они возникают лишь тогда, когда осуществление инстинктивных действий, привычных и произвольных форм поведения наталкивается на препятствия, к которым он не может адаптироваться.

5. Творчество -- это процесс создания человеком нового, при котором он, хоть и испытывает недостаточность информации, знаний, умений для достижения цели и решения той или иной проблемы, делает рывок в неизведанное, создает новые знания, умения, новые объекты и произведения.

V. Творческие портреты выдающихся ученых.

Александр Михайлович Бутлеров (1828-1886)

А.М.Бутлеров родился 25 августа1828г. В г. Чистополе Казанской губернии. Вскоре он лишился матери и был взят на воспитание родителями отца в деревню Подлесная-Шантали Чистопольского уезда. Воспитание и образование А.М.Бутлеров получил вначале в одном из частных пансионов Казани, затем в первой Казанской гимназии, которую он окончил в 1844 г. В том же году А.М.Бутлеров поступил на естественное отделение физико-математического факультета Казанского университета. В первые годы своей студенческой жизни он увлекался ботаникой и зоологией, а затем под влиянием лекций К.К.Клауса и Н.Н.Зинина решил посвятить себя только химии. В 1849 г. А.М.Бутлеров окончил университет и по предложению К.К. Клауса был оставлен здесь для подготовки к профессорскому званию. После защиты магистерской диссертации (1851) на тему «Об окислении органических соединений» он был зачислен преподавателем Казанского университета. В 1854 г. А.М.Бутлеров защитил в Московском университете докторскую диссертацию на тему «Об эфирных маслах» и в 1857 г. Получил годичную командировку за границу, где посетил все лучшие химические лаборатории Германии, Франции, Англии, Швейцарии и Италии. В 1861 г. Он вновь отправился за границу и на съезде немецких врачей и натуралистов в Шпейере 19 сентября 1861 г. Сделал свой знаменитый доклад «О химическом строении веществ». В мае 1868 г. По представлению Д.И.Менделеева А.М.Бутлеров был избран ординарным профессором Петербургского университета. В 1870 г. Он стал экстраординарным, а в 1874 г. ординарным профессором.

А.М.Бутлеров - один из выдающихся теоретиков и блестящих экспериментаторов химии. Он является творцом теории химического строения органических соединений. Его научное направление в области органической химии до наших дней служит неиссякаемым источником бесконечного ряда открытий, имеющих в равной мере и теоретическое и практическое значение. А.М.Бутлеров создал знаменитую, известную всему миру, казанскую (бутлеровскую) школу химиков, представители которой (А.М. Зайцев, В.В. Марковников, А.Е. Арбузов, А.Е. Фаворский и др.),продолжая и развивая работы А.М. Бутлерова, утвердили русскую химическую науку как передовую науку в мире.

Ученые пытались проникнуть во внутреннюю взаимосвязь атомов в молекулах органических соединений и создать теорию химического строения этих соединений и в добутлеровский период. Этому вопросу были посвящены многочисленные работы крупнейших и наиболее влиятельных западноевропейских химиков-органиков: А. Кекуле, А. Кольбе, Ш. Вюрца и др. Однако, теоретические взгляды этих химиков оказались непоследовательными. Так, А. Кекуле считал, что для одного и того же химического соединения возможно несколько «более развернутых рациональных формул», в зависимости от того, какие химические превращения этого соединения они выражают. Уксусная кислота, по мнению А. Кекуле, имеет восемь рациональных формул, которые и передают все возможные ее превращения:

Гликолевая кислота, по его представлениям, также имеет несколько химических формул:

При этом А. Кекуле в формулах химических соединений видел лишь способ выражения химических превращений (реакций), полагая при этом, что эти формулы не могут выражать конструкцию, т.е. расположение атомов в существующих соединениях.

Такая точка зрения в решении практических задач органической химии обусловливалась у А. Кекуле его субъективно идеалистическим отношением к теории. Он считал, что о теории в химии не может быть речи. Все так называемые теоретические сообщения являются соображениями, основанными на вероятности и целесообразности. Аналогичные взгляды о непознаваемости истинной взаимосвязи атомов в молекуле органических соединений высказывали А.Кольбе, Ш.Вюрц и др. Так, А.Кольбе, считая принципиально невозможным выяснение химического строения молекул, утверждал, что нельзя создать никакого представления о способе взаимной связи элементарных атомов в молекуле и химики вообще никогда не приобретут этого представления. По его мнению, пространственное расположение атомов в химическом соединении останется навсегда скрытым от нашего телесного и духовного взора.

В то время, когда, казалось бы, теоретические представления в органической химии зашли в тупик, А.М.Бутлеров смело решил эту задачу. Он разработал новую теорию химического строения органических соединений, проложив тем самым путь к развитию теоретической химии и промышленности органического синтеза.

Свои взгляды на строение химических соединений А.М.Бутлеров впервые изложил в 1861 г. на съезде немецких естествоиспытателей в Шпейере. Он считал, что все 4 единицы валентности углерода совершенно равноценны и пространственно расположены симметрично; атомы углерода могут соединяться друг с другом в любом количестве и, затрачивая на взаимную связь1, 2 и 3 единицы валентности, образовывать могут связываться с атомами других элементов и остатками молекул. «Исходя от мысли, что каждый химический атом, входящий в состав тела, принимает участие в образовании этого последнего и действует определенным количеством принадлежащей ему химической силы (сродства), я называю химическим строением распределение этой силы, вследствие которого химические атомы, посредственно или непосредственно влияя друг на друга, соединяются в химическую частицу».

А.М. Бутлеров впервые в истории органической химии высказал утверждение о том, что на основании изучения химических свойств вещества можно установить его химическое строение и, наоборот, по структурной формуле строения вещества можно судить о химической природе этого вещества и в большинстве случаев предсказать его свойства.

«Химическая натура сложной частицы определяется натурой элементарных составных частей, количеством их и химическим строением… Возьмем грубый пример: предположим, что у четырехатомного пая углерода все 4 единицы сродства различны; представим его себе в виде тетраэдра, у которого каждая из 4 плоскостей способна связать один пай водорода. Не имея возможности обозначить каждую плоскость по способу оказываемого ею притяжения, мы тем не менее можем утверждать, что это притяжение различно для каждой плоскости, и можем охарактеризовать это различие, хотя и не знаем, которой из плоскостей принадлежит именно тот или иной способ действия». И далее: «Если попытаемся теперь определить химическое строение вещества, если нам удастся выразить его нашими формулами, то формулы эти будут, хотя еще не вполне, но до известной степени настоящими рациональными формулами. Для каждого возможна будет в этом смысле лишь одна рациональная формула, и когда сделаются известными общие законы зависимости химических свойств тел от их химического строения, подобная формула будет выражением всех этих свойств».

Эти положения, высказанные А.М. Бутлеровым, составляют основу всей современной органической химии; в них с предельной ясностью ученый указывает не только на значение теории химического строения, но и на пути ее развития.

В отличие от А.Кекуле, А.Купера и А.Кольбе, претендовавших на приоритет в создании теории строения органических соединений, А.М.Бутлеров считал, что структурные формулы химических соединений могут и должны отражать реальное строение молекул, а не условные, надуманные представления об этих молекулах. А.М.Бутлеров резко критиковал этих ученых за отрицание ими реального значения структурных формул органических соединений. При этом он подчеркивал, что каждая молекула имеет только одно вполне определенное строение и не может совмещать в себе несколько структур. Наряду с этим А.М.Бутлеров указывал, что однозначность строения химической частицы нельзя смешивать со способами, которыми можно выразить это строение на бумаге.

По мнению А.М.Бутлерова, дело не в форме, а в сущности, в понятии, в идее, что формулами, обозначающими изометрию, логически необходимо выражать настоящие частицы, т.е. некоторые химические отношения, в ней существующие. Отсюда легко прийти к убеждению, что всякий способ писания может быть хорош, лишь бы только он выражал эти отношения. Естественно даже употреблять разные способы, предпочитая тот, который является более выразительным для данного случая. В качестве примера А.М.Бутлеров приводит этан C2H6 , который может быть изображен так:

Теоретические взгляды А.М.Бутлерова, изложенные в 1891 г. в своем докладе, создали твердую и уверенную базу для предсказаний и оценки химической изометрии. Правильность этих взглядов была в дальнейшем подтверждена многочисленными специальными исследованиями. Например, можно было предвидеть существование четырех бутиловых спиртов:

А.М.Бутлеров дал названия этим спиртам:

А) Нормальный

Б) Вторичный

В) Первичный

Г) Третичный

Первым из этой серии стал известный спирт, открытый в 1852 г. Ш.Вюрцем в сивушном масле и принадлежащий (это было установлено Р.Эрленмейером и В.В.Марковниковым) к первичному изобутиловому спирту (В). Нормальный бутиловый спирт (А) впервые был получен в 1871 г. восстановлением нормальной масляной кислоты. Обработкой эритрита иодистым водородом был получен иодистый бутил; спирт же из иодистого бутила давал при окислении кетон (этилметилкетон), что указывает на принадлежность этого спирта к вторичным, т.е. к бутиловому спирту. Третичный спирт (триметилкарбинол) синтезировал А.М.Бутлеров взаимодействием цинкметила с хлорангидридом уксусной кислоты. В соответствии с правилами изометрии, высказанными в теоретических положениях А.М.Бутлерова, стало возможным существование четырех валериановых кислот формулы C4H9 COOH:

CH3-CH2-CH2-CH2-COOH -нормальная валерьяновая кислота

-изопропилуксусная (изовалентная) кислота

-метилэтилуксусная кислота

-триметилуксусная кислота

Действительно, эти предсказания также блестящи были подтверждены экспериментами Р. Эрленмейера, который в 1871г. установил строение первых трех известных в то время кислот; четвертая кислота в 1872г. была впервые получена А. М. Бутлеровым синтетически из первичного иодистого бутила. Теорию химического строения А.М. Бутлерова нельзя сводить только к представлению о пространственном расположении атомов и распределении связей в молекуле. А.М. Бутлеров неоднократно отмечал, что при изучении строения и свойств химических соединений необходимо учитывать наличие взаимного влияния между отдельными, непосредственно не связанными друг с другом атомами и атомными группами в молекуле. Он по этому поводу писал: «…мы имеем право сказать, что, например, с CH3Cl три атома водорода и атом хлора, будучи соединены с углеродом, не соединены непосредственно между собой; в CH2O так же водород и кислород соединены с углеродом и не соединены между собой:

Из этого, однако, не следует, чтобы атомы и вовсе не обнаруживали друг на друга никакого влияния; только это влияние будет влиянием другой категории, -его можно назвать взаимным влиянием атомов, непосредственно между собой не соединенных». Приводя примеры взаимного влияния атомов в молекуле (в частности, хлор в хлорангидридах кислот под влиянием кислорода обладает большей подвижностью, чем в хлористых алкилах), А.М.Бутлеров указывал, что при большей разработке такие обобщения, без сомнения, приобретут более твердые основания, более определенный вид и заслужат названия законов.

Закономерность о взаимном влиянии атомов в составе молекул сложного вещества, установленная А.М.Бутлеровым, получила дальнейшее развитие и экспериментальное подтверждение в работах его ученика В.В.Марковникова, защитившего в 1869 г. докторскую диссертацию на тему «Материалы по вопросу о взаимном влиянии атомов в химических соединениях».

Таким образом, основными и фундаментальными положениями теории химического строения, созданной А.М. Бутлеровым, является последовательное, научное обоснование и признание глубокой зависимости химических свойств вещества от химического строения его молекул. Эта теория указывает, что химические свойства веществ позволяют познать строение молекул и, наоборот, на основании химического строения можно предсказать химические свойства веществ.

Характеризуя теорию строения А.М.Бутлерова, Д.И.Менделеев писал: «Он впервые путем изучения химических превращений стремится проникнуть в самую глубь связей, скрепляющих разнообразные элементы в одно целое, признает за каждым из них врожденную способность вступать в известное число соединений и различные свойства приписывает различному способу связи. Никто не приводит этих мыслей так последовательно, как он, хотя они и проглядывали ранее».

Как учебник «Основы химии» Д.И.Менделеева стал необходимым пособием для химиков, так и книга «Введение к полному изучению органической химии» А.М.Бутлерова, в которой изложены новые взгляды на строение органических соединений, стала руководящей работой по органической химии. В Западной Европе эта книга произвела огромное впечатление и ее влияние надолго предопределило дальнейшее развитие химии углеродистых соединений.

«А.М.Бутлеров,- писал Д.И.Менделеев в 1864 г.,- один из замечательнейших русских ученых. Он русский и по учебному образованию, и по оригинальности своих трудов. Ученик знаменитого нашего академика Зинина, он сделался химиком не в чужих краях, а в Казани, где и продолжает развивать самостоятельную химическую школу. Направление ученых трудов А.М. Бутлерова не составляет продолжения или развития идей его предшественников, но принадлежит ему самому. В химии существуют бутлеровская школа и бутлеровское направление».

Трудно что-нибудь прибавить к этой блестящей характеристике.

А.М. Бутлеров прекрасно понимал значение своих работ. Возвратившись из поездки за границу в 1861 г., он писал, что все «…воззрения, встреченные мною в Западной Европе, представляли для меня мало нового. Откинув неуместную здесь ложную скромность, я должен заметить, что воззрения и выводы в последние годы более или менее уже усвоились в казанской лаборатории, не рассчитывавшей на оригинальность: они сделались в ней общим ходячим достоянием и частью введены были в преподавание».

Интересно отметить, что еще в 1886 г. А.М. Бутлеров высказал смелую для того времени мысль о сложности строения атома и о возможности существования различных видоизменений химических элементов, обладающих различной атомной массой. По его мнению, неделимость атомов относительна, атомы неделимы только потому, что для их разделения в распоряжении химиков нет средств. Неделимость атомов сохраняется в тех химических процессах, которые известны теперь, но они могут быть разделены в новых процессах, которые будут открыты впоследствии. Однако достоверность этой идеи была установлена после открытия катодных лучей (1879) и радиоактивности (1898).

Из числа многочисленных экспериментальных работ А.М. Бутлерова по синтезу и изучению свойств и строения органических соединений следует особо упомянуть его работы по полимеризации и конденсации формальдегида. Изучая свойства и превращения иодистого метилена (CH2I2), А.М.Бутлеров в 1859 г. открыл полимер формальдегида, названный им триоксиметиленом. При взаимодействии его с аммиаком А.М. Бутлеров получает довольно сложное вещество-гексаметилентетрамин, которое до настоящего времени под названием уротропина находит широкое применение в медицине: 6CH2O+4NH3 - 6H2O+C6H12N4

Детальные исследования показали, что уротропин имеет следующее строение:

Дальнейшее изучение свойств формальдегида приводит А.М.Бутлерова в 1861 г. к его конденсации (под действием известкового раствора) в сахаристое вещество: n(CH2O)3 - 3(C6H12O6)n

Он назвал данное вещество метиленитаном. Эта работа открыла широкую перспективу для дальнейшего синтеза сахаров из формальдегида. А.М.Бутлеров писал, что получение метиленитана следует рассматривать как факт, имеющий большое значение.

«Как бы то ни было, получение мениленитана является фактом замечательным: это первый пример образования вещества, обладающего свойствами настоящего сахаристого тела, за счет наиболее простых органических соединений и могучего, если принять во внимание весь ряд превращений, исходной точкой для которых является этильный алкоголь, образоваться даже из элементов. Таким образом, это первый полный синтез сахаристого вещества».

Только советским ученым впервые удалось разработать схему механизма этой сложной реакции, имеющей большое научное и практическое значение.

А.М. Бутлеров, как и Д.И. Менделеев, был сторонникомэкономического преобразования России и ярым поборником распространения просвящения среди широких масс населения. Особенно плодотворна общественная деятельность его в Вольном экономическом обществе, где в течение многих лет он был председателем.

Как и многим передовым ученым XIXв., А.М.Бутлерову не раз приходилось иметь столкновения с чиновничье-бюрократическим режимом дореволюционной Росси. Он, как академик, выдвинул в действительные члены Российской Академии наук Д.И. Менделеева. после того как немецкая реакционная группировка (не без поддержки правительства) провалила эту кандидатуру, А.М. Бутлеров выступил в печати с обличительной статьей «Русская или только императорская Академия наук». Само название этой статьи говорит о ее содержании.

А.М. Бутлеров вошел в историю химической науки как создатель теории строения органических соединений, которая явилась новым этапом в развитии органической химии.

До А.М. Бутлерова органическая химия не имела теоретических осеов и не была наукой в полном смысле этого слова. Начало развития органической химии как настоящей науки о молекулах, их свойствах и превращениях связано с именем А.М.Бутлерова, в работах которого теория химического строения получила глубокое научное обоснование и ясную формулировку.

На основе этой теории стал возможным планомерный, направленный органический синтез; это послужило, в свою очередь, толчком к развитию промышленного органического синтеза. Теория химического строения, правильно отражая объективную действительность, открывает неисчерпаемые возможности дальнейшего развития органической химии, что нашло свое выражение в создании стереохимии, учения об обратимой изомеризации и успешном изучении механизма химических реакций. Новые представления, связанные с открытием элементов, с учением о строении атома, с идеями квантовой механики, не зачеркнули этой теории, а, наоборот, углубили ее основные положения: она, как бессмертный периодический закон, развивается в наши дни на основе новейших достижений в области физики и химии.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6