Насколько это трудоемкая работа, показывает такая статистика: в среднем из каждых трех тысяч исследованных на биологическую активность соединений лишь одно достигает стадии клинических испытаний. Но испытания препаратов в клиниках, на людях это уже последняя стадия исследования. Начинается же работа со штаммов микроорганизмов, затем переходят к экспериментам с подопытными животными мышами, морскими свинками, кроликами.
Существует и так называемый направленный синтез лекарственных веществ. В этом случае оперируют с уже известным лекарственным веществом и, незначительно модифицируя его, проверяют в опытах с животными, как эта замена влияет на биологическую активность соединения. Порой достаточно минимальных изменений в структуре вещества, чтобы резко усилить или совсем снять его биологическую активность. Пример: в молекуле морфина, который обладает сильным болеутоляющим действием, заменили всего один атом водорода на метильную группу и получили другое лекарство кодеин. Болеутоляющее действие кодеина в десять раз меньше, чем у морфина, но зато он оказался хорошим средством против кашля. Заменили два атома водорода на метил в том же морфине получили тебаин. Это вещество уже совсем "не работает" как обезболиватель и не помогает при кашле, но вызывает судороги.
В очень редких пока еще случаях успешным оказывается поиск лекарственных веществ на основе общетеоретических представлений о механизме биохимических процессов в норме и патологии, об аналогии этих процессов с реакциями вне организма и о факторах, влияющих на такие реакции. Примером такой удачи может служить новый противоожоговый препарат дибунол, разработанный под руководством академика Н. М. Эмануэля и ранее известный как ингибитор реакций, протекающих при участии свободных радикалов.
Часто за основу лекарственного вещества берут природное соединение и путем небольших изменений в структуре молекулы получают новый препарат. Именно так, химической модификацией природного пенициллина, получены многие его полусинтетические аналоги, например, оксациллин (в молекуле пенициллина метиленовую группу СН2 "заменили" на остаток метилизооксазол а:
Но вот биологически активное соединение отобрано из тысяч похожих на него, но менее удачливых "собратьев", определена его формула и структура. Прежде чем оно станет лекарством, ему предстоит немалый путь. Надо исследовать, не является ли это вещество ядовитым, не оказывает ли на организм каких-то побочных воздействий. Это выясняют биологи и медики. А потом снова очередь за химиками они должны предложить наиболее оптимальный способ, каким это вещество будут получать в промышленности. Иногда синтез нового соединения сопряжен с такими трудностями и оно обходится так дорого, что ни о каком применении его в качестве лекарства на данном этапе не может быть и речи. И все же некоторые вещества проходят весь этот "тяжкий путь", становятся лекарствами, помогают нам одолевать недуги.
Глава 9. Перешеек, соединяющий два материка
Органические соединения это, прежде всего, углерод, почти всегда водород, очень часто кислород и азот, реже -сера, хлор, бром, йод. Их различные сочетания и образуют, собственно, такое впечатляющее богатство и разнообразие органических веществ.
А другие элементы? Могут ли они давать соединения с углеродом? Да, и таких соединений известно Множество. Почти все элементы образуют связь с углеродом. Здесь и натрий, и фосфор, и платина, и уран... Недавно даже было получено производное ксенона со связью ксенон углерод.
Но расскажем все по порядку. А порядок в мире элементов выражает Периодическая система Д. И. Менделеева. Однако прежде чем отправиться в путешествие по менделеевской таблице, напомним о классификации элементов.
Как известно, все элементы разделяются на металлы и неметаллы (деление несколько условное, некоторые элементы находятся где-то посередине; между этими двумя категориями). У металлов на внешнем электронном слое относительно немного электронов. Им выгоднее отдать эти электроны и приобрести устойчивую оболочку инертного газа, чем принять другие электроны, как это делают неметаллы. Типичные металлы натрий, кальций. Типичные неметаллы фтор, кислород.
Металлы, в свою очередь, делятся на переходные и непереходные. Непереходные это металлы, у которых второй снаружи электронный слой полностью укомплектован электронами (восемью или восемнадцатью). Когда непереходный металл отдает свои внешние валентные электроны, обнажается устойчивая оболочка инертного газа.
Иначе обстоит дело у переходных металлов. У них предпоследний слой не заполнен до конца. Все элементы первых трех периодов непереходные элементы. Начинается четвертый период. Калий: в предпоследнем слое 8 электронов, значит непереходный. Кальций: тоже 8, тоже непереходный. Скандий: первый переходный металл, у него 9 электронов, до восемнадцати далеко. От скандия до никеля все металлы переходные. Медь: на предпоследнем уровне 18 электронов, но один из этих электронов любит перескакивать на последний слой, поэтому медь (и ее родственников серебро и золото) относят к переходным металлам. Но зато цинк настоящий непереходный металл, И галлий и германий.