«Направления и перспективы реализаций современных научных исследований (органическая химия)».

Задание 1
Эссе на тему: «Приоритетность направлений развития рос-сийской науки: фундаментальные или прикладные исследования?»

Задание 2
Реферат на тему: «Направления и перспективы реализаций современных научных исследований (Органическая химия)».

Задание 3
Эссе на основе исходного текста статьи, приведённого в Приложении А.

...

Задание 1
Эссе на тему: «Приоритетность направлений развития рос-сийской науки: фундаментальные или прикладные исследования?»

Задание 2
Реферат на тему: «Направления и перспективы реализаций современных научных исследований (Органическая химия)».

Задание 3
Эссе на основе исходного текста статьи, приведённого в Приложении А.

Приоритетность научных исследований в России в разные эпохи носила различные формы. Но фундаментальным оставался их статус.

Синтез новых соединений - дело увлекательное, побуждающее к научному поиску, развивающее творческое отношение к работе, формирующее профессионализм[3].В органической химии под термином «синтез» понимают конструирование молекулярных структур, имеющих определенное химическое и пространственное строение. Иногда это конструирование может включать в себя одну или небольшое число операций, но может быть и очень сложным, включающим несколько десятков стадий. В этой связи уместно вспомнить кандидата на получение нобелевской премии по химии 2013 года, выходца из России - Валерия Фокина, работающего в США [4]. Его работы в области "клик-химии", позволяющей очень быстро, словно "по щелчку", синтезировать новые вещества практически без побочных продуктов, не были оценены оргкомитетом по достоинству.Хотя значение этих исследований, по моему мнению, недооценены в полной мере. Также Фокин возглавляет проект по применению методов биортогональной химии для изучения живых систем, выполняемый в МФТИ по программе мегагрантов правительства РФ. В МФТИ профессор Фокин является адъюнкт-профессором кафедры «Инновационная фармацевтика и биотехнология» (ИФБ), организованной специально для подготовки инновационных предпринимателей в области Life Science. Научно-практическая работа студентов кафедры проводится на базе организаций Биофармкластера «Северный» и в корпоративных лабораториях организаций–участников БФК «Северный», созданных в БиоБизнес-Инкубаторе МФТИ. «Однако, как бы мы ни стремились подражать живой природе, все наши титанические усилия не идут ни в какое сравнение с масштабами колоссальной природной лаборатории. Мы движемся мелкими шажками отдельных, линеарных реакций, а природа, как великий гроссмейстер, шутя, играет одновременно на множестве досок, пользуясь ферментами — великолепными селективными катализаторами, которые сама же и создает», — отметил профессор Фокин.Исследования профессора Фокина показали, что ацетилены и азиды в определенном смысле являются уникальными соединениями, поскольку способны образовывать стабильные комплексы в присутствии катализатора — металлической  меди. Это взаимодействие, так называемый «CuAAC-принцип», лег в основу теории «click»-химии (впервые предложенной и развитой нобелевским лауреатом по химии Б. Шарплессом, профессором Института Скриппса), широко используемой сегодня в различных областях науки и техники, включая органический синтез, нанотехнологии и биомедицинские исследования[5]. Одна из основных современных задач человечества — найти замену ископаемому топливу, запасы которого истощаются. Самый очевидный источник энергии — солнечный свет, от которого ведут происхождение практически все остальные энергоисточники планеты. Наиболее рентабельный способ использования солнечной энергии пока не найден, хотя батареи, преобразовывающие энергию светила в электричество, начали применяться ещё в 1950-х годах на орбитальных спутниках и иных космических аппаратах. С тех пор стоимость технологий неуклонно снижалась, но они до сих пор всё ещё очень дороги. Изобретение Михаэля Гретцеля представляет собой третье поколение фотоэлектрических технологий. Его «искусственный фотосинтез» — перспективная альтернатива стандартной кремниевой батарее. Ячейка Гретцеля изготавливается из дешёвых материалов и не нуждается в сложном оборудовании для производства [6].Осуществленные, Михаэлем Гретцелем из швейцарской Федеральной политехнической школы в Лозанне, исследования в области фотобиохимии являются прорывными. Сенсибилизированные красителем солнечные элементы (dye-sensitized solar cells), получившие имя "ячеек Гретцеля" просты и дешевы в производстве, а коэффициент преобразования энергии может достичь 33%[7]. Хотя для этого предстоит ещё многое сделать.Принцип работы биофотоэлемента, иллюстрирует рисунок 1. Создатели батарей на основе красителей (Dye Synthesized Solar Cells — DSSC[8]) черпали вдохновение в явлении фотосинтеза, при котором пигмент хлорофилл в растениях улавливает и передаёт электронам энергию света.centertop00Рисунок 1.Свет улавливается красителем на основе рутения, который передаёт его энергию электрону полупроводника, в данном случае — TiO2. Получив энергию, электрон выталкивается из полупроводника, словно после мощного пинка. Пройдя по цепи, электрон совершает работу и попадает в катализаторный слой, который обеспечивает его переход в электролит. Электролит содержит трииодид-анионы. При поступлении электрона трииодид превращаются в иодид. Иодид передаёт электрон TiO2 и возвращается в исходную форму. Цикл замкнулся [9].Бензольное кольцо можно назвать краеугольным камнем органической химии. Производные бензола находят применение во всех областях – от фармацевтики до наноустройств. Однако одно из главных препятствий в применении производных бензола и разработке новых арильных производных – сложности в получении полизамещенных «родственников» бензола.Кеничиро Итами (Kenichiro Itami) и Юничиро Ямагучи (Junichiro Yamaguchi) из Университета Нагойи впервые описывают общий метод синтеза, позволяющий получать гексаарилбензолы, содержащие пять или шесть различных ароматических заместителей, связанных с бензольным кольцом (Рисунок 2).Рисунок 2. Программированный синтез полизамещенных бензолов. Одна из проблем в создании замещенных бензолов заключается в том, что при использовании традиционных реагентов чаще всего происходит образование в той или иной степени симметричных продуктов. Описанные попытки получения тетра-, пента- и гексазамещенных производных бензола обычно приводят к образованию сравнимых количеств региоизомеров, которые сложно разделять и, соответственно, очищать целевой продукт.Последние результаты исследования в области химии бензола позволили расширить репертуар реакций и заместителей, которые можно вводить в бензольное кольцо. К сожалению, эти процессы часто требуют дорогих исходных веществ и/или катализаторов, которые к тому же часто бывают настолько специфичны, что могут применяться только для введения определенных заместителей. Также следует добавить, что существующие методы синтеза позволяют селективно получить только три- или тетра замещенные производные бензола.В идеале, желательной была бы общая процедура, позволяющая осуществлять получение производных бензола вплоть до гексазамещенных, дающая возможность вводить в бензольное кольцо самые различные по структуре заместители. Итами и Ямагучи решили разработать такой синтетический протокол, используя результаты своих прежних исследований в области применения 3-метокситиофена в качестве исходного материала.Первый этап синтеза заключается в получении тетраарилтиофена, содержащего четыре ароматических заместителя, которые планировалось ввести в бензольное кольцо. Исследователям удалось получить такой тетраарилтиофен в достаточном количестве и, фактически, в виде единственного изомера. Далее исследователи конвертировали тиофен в тиофен-S-оксид, чтобы затем провести реакцию [4+2]-циклоприсоединения, необходимую для синтеза целевого гексаарилбензола. После такой модификации исследователям удалось синтезировать изомерночистый гексаарилбензол с пятью различными заместителями (два из шести заместителей были одинаковыми).Исследователям из Японии также удалось использовать тот же самый подход к синтезу гексаарилбензола, все шесть арильных заместителей которого были различны. Этого удалось достичь за счет замены одной из арильных групп диарилацетилена, применявшегося в [4+2]-циклоприсоединении; строение всех полученных гексаарилбензолов было подтверждено с помощью метода рентгеноструктурного анализа. Итами и Ямагучи также изучили флуоресцентные и оптические свойства полученных ароматических соединений [10].Особенность органической химии состоит в том, что она использует не традиционный и математический аппарат, и свой собственный и символику. Язык органической химии - это язык структурных формул. Манипулируя структурными формулами по определенным правилам, химик-органик может предвидеть конечный результат сложных химических превращений, выбрать из нескольких возможных решений наиболее рациональное. Язык структурных формул - достаточно строгий язык. Он гарантирует точность результатов, подается формализации и может быть переведен на машинный язык. Например, в Гарварде (США) разработана программа ЛХАСА, позволяющая анализировать стратегию и тактику органического синтеза с помощию ЭВМ. Возможность компьютеризации химико-органических исследований служит подтверждением математической строгости применяемой здесь логики.В современной органической химии проектирование и создание новых типов органических молекул с заданными структурными характеристиками, получившее название «молекулярный дизайн», приобретает все большее и большее значение. О впечатляющих успехах в данной области говорит синтез органических молекул в виде правильных многогранников (призман, кубан, тетраэдран, додекаэдран), необычных молекулярных конструкций типа катенанов, ротоксанов, узлов. Имеются сообщения о создании молекулярных структур, обладающих формой листа Мёбиуса [11] (рисунок 3). Рисунок 3. «Молекула Мёбиуса» Получение молекулярных структур различных типов, с одной стороны, обогащает теоретическую органическую химию новыми идеями, с другой стороны, может иметь практический выход, например, в решении задач по синтезу биологически активных препаратов, органических катализаторов, материалов для регистрации информации и т.д. Более обстоятельное и глубокое знакомство с целями и перспективами развития органической химии, молекулярным дизайном, стратегией и тактикой органического синтеза, изложено в книге Смита В., Бочкова А., Кейпла Р. «Органический синтез. Наука и искусство»: Пер. с англ. - М.: Мир, 2001. - 573 с. Книга написана живо, увлекательно, профессионально. Ниже приведено сформулированное авторами книги определение сущности органического синтеза. «Органический синтез - весьма своеобразный вид интеллектуальной деятельности, творческий во всех смыслах: поиск решений базируется не столько на логических, сколько эвристических (не формализуемых) основах и его результатом является создание объектов новой, искусственной Природы. Здесь воедино слиты такие разнородные подходы, как строгий научный анализ - основа предвидения, так и почти художественный дизайн эстетически привлекательных целей и поиск внутренне красивых решений, оптимальных и лаконичных. Разумеется, огромную роль играет мастерство экспериментатора, при этом речь идет не только об овладении техническим арсеналом своего дела, но и о развитом «чувстве вещества» - тонком, почти интуитивном понимании особенностей его поведения.