Портал функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

«Химпьютер» из Глазго

Синтез сложных органических веществ теперь можно проводить в один клик, правда, для этого требуется специальный аппарат и не менее специальный софт.

Между приготовлением еды и синтезом химических веществ есть что-то общее. Не в том смысле, что некоторые химические вещества можно использовать в пищу, хотя и это, конечно, тоже, а в том, что в обоих случаях существует определённый рецепт, имеются исходные компоненты и есть желаемый продукт.

Специальный программный комплекс осуществляет синтез, используя набор базовых действий: перекачку жидкостей, перемешивание, нагрев, охлаждение и вакуумную перегонку. Фото: Cronin Group, School of Chemistry, Glasgo

Ещё один непременный ингредиент – это искусство повара, от которого в немалой степени зависит конечный результат. Из одного и того же набора продуктов и по одному и тому же рецепту у разных кулинаров могут получиться весьма непохожие блюда. В химической лаборатории происходит примерно тоже самое: у одного химика получаются чистые вещества, а другой вынужден через раз отмывать колбы от последствий неудавшегося синтеза. Хотя даже у одного и того же высококлассного химика качество продукта может «гулять» в определённых пределах: тут он прилил раствор слишком быстро, там чуть-чуть подольше держал нагрев – всё это будет отражаться на составе или количестве синтезируемых веществ.

Чтобы облегчить приготовление еды и сделать этот процесс доступным даже для самых неопытных, был изобретён замечательный прибор мультиварка. Видимо, существенное отставание в уровне автоматизации химических лабораторий от кухни рядового жителя мотивировало исследователей из Университета Глазго сконструировать устройство, которое могло бы, как мультиварка, сварить желаемое вещество, руководствуясь только программой синтеза и набором исходных реагентов.

Сама идея такого химического робота, конечно, не нова. Уже давно существуют устройства, которые могут автоматически выполнять однообразные синтезы, например, собирать пептиды из отдельных аминокислот. Но все они, как правило, очень узко специализированы и не могут быть использованы для более широкого круга задач. Образно их можно сравнить с 3D-принтерами, которые могут печатать, к примеру, только фигурки котиков: напечатать котика другим цветом – пожалуйста, а вот если хочется сделать собачку – покупайте другой принтер, для печати собачек.

Конечно, отсутствие таких устройств имеет вполне конкретные причины. В условиях производственной лаборатории обслуживать подобный аппарат будет существенно дороже, чем просто содержать штат из нескольких химиков. Если крупнотоннажное химическое производство уже давно автоматизировано, и большим заводом может управлять команда операторов из нескольких человек, то производить вещества в небольших объёмах, например, компоненты лекарств, до сих пор выгоднее вручную.

Тем не менее исследователи не оставляют попыток собрать очередного химического робота, что вызывает вопрос – а зачем они это делают?  На самом деле такое устройство может быть очень полезным, в первую очередь для штучного производства лекарственных компонентов в отдалённых регионах. Даже с учётом современного уровня глобализации, на Земле существует множество мест, попасть в которые весьма затруднительно. Это может быть и научная станция в Антарктиде, и поселение на острове или в горных районах.

Стихийное бедствие или просто плохая погода может в одночасье отрезать людей от цивилизации на неопределённое время. Сравнительно недавно один далеко не самый большой исландский вулкан с лёгкостью парализовал авиасообщение во всей Европе. А ведь бывают ещё более нелепые ситуации, когда какое-нибудь лекарство просто становится недоступным во всей стране из-за бюрократических ограничений. В таких случаях иметь под боком химический принтер было бы крайне удобно, поскольку не всегда рядом может оказаться профессиональный химик-органик, а подсоединить к устройству баночки с реагентами и нажать кнопку может практически любой лаборант.

Возвращаясь к тому устройству, которое собрали исследователи из Глазго, нужно сказать, что это в первую очередь не сколько набор колб, клапанов и мешалок, а больше программный комплекс, со своим химическим языком программирования – недаром они назвали его «Chemputer», то есть химпьютер, по аналогии с компьютером. Они постарались создать такую систему, которая могла бы максимально самостоятельно интерпретировать методику синтеза в набор исполняемых команд для «железа».

В качестве примера работы созданного устройства химики синтезировали с его помощью три соединения: дифенгидрамин – антигистаминный препарат, известный также как димедрол, противоэллиптический препарат руфинамид и силденафил. К слову сказать, жизненная необходимость последнего соединения из этого списка весьма неоднозначна, это скорее из серии «химики шутят». Синтез каждого из этих веществ состоял из трёх или четырёх стадий, не считая стадий очистки и подготовки веществ. Видео самого процесса, как происходит синтез в автоматическом режиме, можно посмотреть по ссылкам в дополнительных материалах к статье.

В заключение хочется сказать, что подобное устройство может быть использовано не только для синтеза лекарственных соединений, но и для производства веществ совсем иного толка. Но такова уж ситуация с любым, не только химическим знанием: его можно использовать как ради пользы, так и во вред. Хочется надеяться, что польза автоматизированного химического синтеза существенно перевесит возможный вред.

По материалам Science.

Автор: Максим Абаев

Источник: Наука и жизнь (nkj.ru)