В США опубликован доклад Комитета по проблемам химических наук XXI столетия (www.nap.edu; см. также "Химия в России", 2003, № 5, 6 и 7). Как и известный документ 1980-х годов прошлого века, подготовленный аналогичным комитетом и опубликованный в том числе и на русском языке, этот доклад оценивает возможные пути развития химической науки и химической технологии в ближайшие годы. Внимание прежде всего уделяется острым проблемам, для решения которых целесообразно привлечь силы и средства. Упоминаются важнейшие достижения последнего времени, создающие основу для новых рывков.
Одна из проблем, один из вызовов химии - усвоение азота воздуха, перевод его в химические соединения, прежде всего в аммиак, при нормальных температурах и давлениях, как это делают клубеньковые бактерии. "Нам нужно просто понять химизм этих процессов, даже если они не столь практичны, как ныне существующие". Это фрагмент более широкой задачи - имитации природных химических процессов (биомиметика в химии). Кстати, уже после подготовки обсуждаемого доклада появилась интересная публикация о связывании азота с использованием нового катализатора [1]. Азот восстанавливается до аммиака при комнатной температуре и атмосферном давлении, катализатором служит комплекс молибдена с тетрадентатным триамидоамином. На эту статью уже появилось несколько откликов [2, 3].
Важно также выяснить до конца факторы, определяющие высокую селективность ферментов. "Полное понимание механизма действия ферментов внесет огромный вклад в производство, а также в развитие новых типов лекарств". Еще одна задача - определение зависимости между последовательностью белков и их структурой, между структурой белков и их функциями. Обращается также внимание на аспекты самоорганизации и нанотехнологий. "В будущем у химиков появится возможность создавать молекулы, размерами и сложностью приближающиеся к белковым структурам, а также сворачивать и собирать их. Создавая молекулы, копируя их на поверхности и придавая им нужные свойства, химики смогли бы воспроизводить запахи и вкусы, самые химические из чувств".
В докладе есть разделы "Зеленая химия", "Химия и медицина", "Новые источники энергии", "Взаимоотношения общества и химии" и другие. Акцентируется внимание на том, что исследования должны финансироваться прежде всего государством, "и в равной степени - это задача частных организаций".
Немалое место в докладе занимают химический анализ, а также изучение строения химических соединений, методы изучения структуры и свойств веществ. Здесь есть рекомендации, тривиальные для профессиональных аналитиков, но имеющие ценность как раз потому, что их делают химики вообще. "Нужны непрерывно совершенствуемые методы химического анализа. Чтобы определять ничтожно малые количества, чтобы разделять предельно сложные смеси, а также определять структуру или состав компонентов, нужно расширять пределы чувствительности". "... Клиенты требуют от химиков решения срочных задач, с использованием более точных, быстрых, экономичных, чувствительных и селективных методов измерений". Это примеры утверждений, достаточно очевидных.
Но имеются и более интересные замечания. Вот, например: "Химические методы будут продолжать развитие в сторону создания мощных миниатюрных анализаторов, предпочтительно "умных", т.е. самоградуирующихся и полностью автоматизированных".
Из методов анализа упоминаются масс-спектрометрия, спектроскопия ядерного магнитного резонанса, фемтосекундная спектрометрия. Первый метод служит примером быстрого и весьма существенного совершенствования за последние годы (например, научились переводить в парообразное состояние и ионизовать крупные термически неустойчивые молекулы, в том числе из твердого состояния). Второй метод, в общем, иллюстрирует то же: чувствительность ЯМР, низкая величина которой всегда была главным недостатком этого метода, сейчас значительно возросла за счет использования новых магнитов, совершенствования методов измерений и программного обеспечения. Что же касается фемтосекундной спектрометрии (Нобелевская премия 1999 г.), то здесь осуществлен прорыв принципиальной важности: никакой фемтосекундной спектрометрии не было еще совсем недавно. Между тем этот метод позволяет, например, следить за ходом даже очень быстрых реакций.
Раздел, посвященный методам анализа и исследования, заканчивается выводами о том, что необходим прогресс в следующих направлениях.
1. Высокоэффективные приборы и устройства высочайшей точности, чувствительности, разрешающей способности и селективности.
2. Недорогие и надежные приборы для работы с исключительно малыми объемами.
3. Высокоэффективные измерительные приборы с математическим аппаратом, позволяющим интерпретировать огромный поток данных.
4. Разделение и анализ химических и биологических смесей сверхсложного состава
5. Определение структурного расположения атомов в некристаллических веществах и определение зависимости их распределения от времени.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Yandulov D.V., Schrock R.S. // Science. 2003. V. 301. P. 76.
2. Ritter S. // Chem. Eng. News. 2003. № 7. P. 6.
3. Seigh G. Jeffery //Science. 2003. V. 301. P. 55