Лайнус Полінг – найбільший хімік ХХ століття

Лайнус Полінг — найбільший хімік XX столетия

П.М. Зоркий.

(до 100-літтю від дня рождения)

Лайнус Карл Полінг народився 28 лютого 1901 р. — в на самому початку ХХ століття — і помер 19 серпня 1994 р., коли основні результати цього століття вже позначилися. У біографії цього унікального людини схрестилися трохи майже все найважливіші лінії 20-го столетия.

В науці він займався багатьом — і завжди виходив на вищий рівень обговорення центральних проблем будь-якої наукової області, до котрої я мав стосунок. Причому у остаточному підсумку зовсім на щоразу воно опинявся прав. Колосальна енергія і експресія нерідко заважали йому дотриматися міру. Але її у дискусії незмінно стимулювало науковий прогрес — він змушував людей працюватимете, і думать.

Главное наукове досягнення Полинга — вчення про хімічного зв’язку, розвинене їм наприкінці 20-х — початку 1930;х і що найшло повне вираження у своїй книжці The Nature of Chemical Bond and the Structure of Molecules and Crystals. Ця книга вперше вийшла 1939 р., друге видання з’явилося 1940 р. (в 1942 р. і 1944 р. Центру було надруковано додаткові тиражі другого видання). Потім книга перевидавалася багаторазово і було переведено десятки мов. Наприкінці 40-х років вона почала всесвітньо відомій, загальновизнаною довгі роки і лягла основою численних курсів загальної, неорганічної і органічної хімії. Навряд історія хімії знайдеться інша книга, яка виборе настільки велику популярность.

Полный переклад книжки Полинга російською мовою, зроблений М.Є. Дяткиной під редакцією Я.К. Сиркіна (Л. Паулинг. Природа хімічного зв’язку. Госхимиздат, 1947), з причин було видано з урізаним назвою — з нього випала структура молекул і кристалів. І це прикро: сьогодні уявлення Полинга про хімічних зв’язках ще живуть, але вже настав здаються архаїчними, і саме вираз «природа хімічного зв’язку «стало невиразним і сумнівним, а структурна хімія, в становлення якої Полінг зробив настільки великий внесок, бурхливо розвивається і завойовує дедалі нові рубежи.

В 1954 р. Нобелівський комітет удостоїв Полинга премії по хімії «за вивчення природи хімічного зв’язку і застосування до поясненню будівлі складних молекул ». У своїй Нобелівської лекції він говорив, що майбутні хіміки стануть «спиратися нові структурну хімію, зокрема на точно певні геометричні стосунки між атомами в молекулах, і суворе застосування нових структурних принципів «і тому, що «завдяки цієї методології дійдуть значний прогрес у вирішенні питань біології та східної медицини з допомогою хімічних методів » .

В цьому Полинга примітні два обставини. По-перше, широке використання у хімії точних кількісних структурних даних тоді (1954 р.) він вважав справою майбутнього, а чи не вже досягнутим рівнем. По-друге, не апарат квантової механіки, а модельні структурні уявлення домінують у його картині майбутньої химии.

Итак, наприкінці 20-х — початку 1930;х ХХ століття у що свідчить завдяки проникливості і цілеспрямованості Лайнуса Полинга в хімії сталися істотні события:

Стало загалом зрозуміло, чому як і утворюються хімічні зв’язку. Засадничими цьому плані стали роботи Гайтлера і Лондона, які інтерпретували освіту молекули водню, і навіть дослідження Борна і Слейтера; Полінг поширив ці уявлення про значно більше складні системи, взявши за основу теорії концепцію резонансу.

Была створена квантова хімія з його чудовою арсеналом новопонять. Внесок Полинга перебував у розробці методу спрямованих валентных зв’язків, поглядів на гібридизації і перекрывании атомних орбиталей, концепції электроотрицательности атомів і частично-ионного характеру зв’язків. Чимало з цих уявлень завдяки їхнім простоті і наочності з успіхом використовують і понині (з застереженнями про існування більш суворих, найсучасніших підходів). Слід, проте, пам’ятати, що він практично разом з роботами Полинга (або ледь пізніше) розвивалися та інші методи квантової хімії, такі, наприклад, як засіб молекулярних орбиталей (Леннард-Джонс, Малликен, Хюккель), виявився більш спільним і точнішим, ніж метод валентных зв’язків.

Возникла структурна хімія, оперирующая модельними просторовими уявлення про будову атомно-молекулярных систем і принципово різнилася попередніх структурних теорій фізичної (точніше, квантовохимической) обгрунтованістю і використанням точних структурних даних, отриманих з допомогою експериментальних фізичних методів. Перебуваючи основному теоретиком, Полінг постійно брав особисту співчуття й в експериментальних роботах; він призвичаївся до рентгеноструктурному аналізу ще на початку 20-х, на старті своєї наукової кар'єри, потім брав участь у электронографических роботах.

Тогда ж базі перших рентгеноструктурних досліджень, розпочатих батьком і сином Брэггами в 1913 р. й отримали значного розвитку в 20-х роках, виникла кристаллохимия, стала однією з найбільш просунутих розділів структурної хімії і кристалографії. Основоположниками цієї науки вважають У. Л. Брегга (сина), Гольдшмидта і Полинга, створений систему кристаллохимических радіусів (ковалентних, іонних металевих і ван-дер-ваальсовых), розвинув принципи описи кристалічних структури термінах плотнейших кульових упаковок і у вигляді сукупності координаційних полиэдров зі спільними вершинами, сформулював відоме електростатичне правило валентності для іонних кристалів, впровадив поняття дефектної структури. Усе це матеріал грунтовно викладено і доповнено новими структурними даними у друге видання книжки Полинга, яка вийшла 1940 р. й у перекладі російською язик у 1947 р.

II світова війна затримала поширення ідей Полинга, але що до середини століття вони почали широковідомі, втім, з запізненням, оскільки на той час з превеликим запопадливістю вона вже займався зовсім іншими проблемами. Інтуїція підказувала йому, що неабиякі успіхи в хімії ХХ століття будуть пов’язані з молекулярної біологією і молекулярної медициною (ці терміни постали пізніше), що у цій галузі знайде найефективніший застосування рентгенівська кристалографія. Тому, не втрачаючи інтересу до квантової хімії, що він продовжував курирувати остаточно свого життя, Полінг з дивовижною сміливістю і ентузіазмом береться за биохимию.

С середини 1930;х і до 1951 р. головним об'єктом досліджень Полинга стають білки. У 1934 р. він вперше спробував (що з А.Е.Мирски) зробити деякі висновку про структурі білків на основі вивчення їх біохімічних функцій, потім досліджував (що з Ч.Д.Корвеллом) вплив оксигенирования на магнітні властивості гемоглобіну, в 1936 р. розгорнув роботи з рентгенографическому вивченню амінокислот і білків в Каліфорнійському технологічному інституті. Саме тоді було визначено (Р.Б.Кори та інших.) кристалічні структури найпростіших амінокислот, але до вивчення будівлі білків були ще далеко.

Наиболее успішними виявилися дослідження у сфері імунології. У 1940 р. Полінг показав, що антигени можуть зайняти позицію матриць, у яких відповідним чином вкладаються полипептидные ланцюга. Це призводить до утворення специфічних антитіл замість звичайних белков-глобулинов. Отже отримала пояснення инструктивная функція антигену, забезпечує безоглядне розмаїтість синтезованих організмом антитіл. Ідея комплементарності (взаємної структурної додатковості) антигену і антитіла обговорювали спільну роботу Полинга і Дельбрука, видатного вирусолога і генетика, згодом, як і Полінг, що є Нобелівським лауреатом.

В 1949 р. Полінг почав працювати з вивчення серповидноклеточной анемії. Назву спадкової хвороби, що призводить до смерті, пов’язана з тим, що еритроцити хворого набирають форми серпа, втрачаючи у своїй здатність переносити кисень. Проявивши неабияку інтуїцію, Полінг припустив, що причиною недуги у порушенні амінокислотною послідовності в полипептидной ланцюга гемоглобіну — білка, здійснює транспорт кисню в організмі. Через 3 роки Полингу удалося за допомогою електрофорезу розділити нормальний і дефектний гемоглобін і довести, що у структурі останнього є помилка: одне із амінокислотних залишків (залишок глутаминовой кислоти) замінено іншою (залишком валина). Згодом було встановлено, що у молекулі гемоглобіну людини та вищих тварин за суворо певної послідовності з'єднані 574 амінокислотних залишку. І тепер, як виявив Полінг, заміна лише однієї з них призводить до тяжкої хвороби. У час відоме понад 50 різновидів аномальних гемоглобинов, викликають різні патологічні состояния.

1951 рік було ознаменований важливою подією: побачила світ стаття Полинга і Кору про структуру білків, подводящая підсумки багаторічних досліджень. Використовуючи дані рентгеноструктурых досліджень амінокислот (значення характерних межатомных відстаней і валентных кутів, величини ван-дер-ваальсовых радіусів), Полінг і Кору провели конформационный аналіз полипептидной ланцюга, що є основу структури будь-якої білкової молекули, й виявили, что:

1) ланцюг складається з відносно жорстких пласких пептидних одиниць -CO-NH- (які виникають за паруванні амінокислотних залишків), і що з'єднують їх шарнірів -CHR-, причому спосіб поєднання двох послідовних одиниць можна охарактеризувати кутами і; кут — це поворот даного ланки ланцюга навколо ковалентної зв’язку C-C, а кут — поворот навколо наступній з ним зв’язку C-N :

.

2) для описи просторового будівлі (конформації) основний ланцюга полипептида досить знати й у кожного аминокислотного остатка;

3) є найвигідніших способу сполуки пептидних одиниць (їм властиві певні значення кутів і); періодичне повторення першого типу зчленування призводить до утворення спіралі, другого — до витягнутої структурі, причому паралельно розташовані ланцюга, з'єднуючись водневими зв’язками, утворюють шар; в стабілізації спіралі також беруть участь водневі зв’язку: група CO n-ого аминокислотного залишку пов’язані з групою NH (n+3)-его остатка.

Тогда ж Полінг увів у науковий обіг чотири рівні описи будівлі молекули білка: первинна структура — послідовність амінокислотних залишків, вторинна структура — наявність і співвідношення характерних фрагментів (як-от спіраль і структура), третинна структура — точна картина просторового розташування атомів (чи хоча б амінокислотних залишків), що задається їх просторовими координатами, четвертичная структура — наявність субодиниць (подглобул, у тому числі формується молекула белка-глобулина). Ці поняття, сформульовані доти, як з’явилися перші дані повного рентгеноструктурного аналізу білків, невдовзі отримали експериментальне підтвердження (структура гемоглобіну, Перутц, 1960; структура міоглобіну, Кендрю, 1960) і нині становлять основу кристалографії белка.

Впрочем, зовсім на все наукові починання Полинга були успішні. На початку 1950;х років він намагався встановити загальний принцип будівлі молекули ДНК й у 1953 р. статтю, у якій помилково описав цей дивний організм як потрійну спіраль. Проте Вотсон і Крік, які кілька місяців знайшли правильне рішення, у вигляді загальновідомою нині подвійний спіралі, казали про те, що побоювання опинитися Полинга чимало сприяло швидкому просуванню їх исследования.

В кінці 1960;х років Полінг зацікавився біологічним впливом вітаміну З і став активно рекламувати його як радикальний засіб від простудних захворювань, спираючись у своїй на особистий досвід — свій літак та дружини, і навіть написав книжку «Vitamin З and the Common Cold ». На початку 1970;х років він сформулював концепцію «ортомолекулярной медицини », за якою вітаміни і амінокислоти можуть створювати особливу оптимальну середу для діяльності мозку. Ці теорії, що у той час поширення, не підтвердилися в результатах наступних досліджень, і значною мірою було відкинуто фахівцями з медицині та психіатрії. У 1979 р. Полінг опублікував книжку «Cancer and Vitamin З », у якій стверджував, що прийом вітаміну З в значних дозах сприяє подовження життя і поліпшення стану хворих певними видами раку. Проте авторитетні дослідники ракових захворювань немає його аргументи убедительными.

По-видимому, у тому періоді й у аспекті своєї наукової діяльності Полінг пішов шляхом недостатньо серйозних, занадто поверхневих суджень та рекомендацій ще, і дуже прикро, що це дозволило останнім часом використати його ім'я з метою — для сумнівною, котрий іноді явно недобросовісної реклами лікарських засобів. Втім, напевно, слід відзначити й те, що активність, бадьорість, ентузіазм, вогонь в серце й у власних очах (див. фото), які зумів зберегти до дуже похилого віку ця людина, з 38 років страждав тяжкими хронічні хвороби, змушує повірити, що він теж знав «How to Live Longer and Feel Better «(цю назву останньому книжки, що вийшла 1986 г.).

Совершенно свідомо ми звертаємося до біографії Полинга лише заключної частини цього нарису. Зачасто подробиці життєпису вченого, грунтовно излагаемые на початку присвяченій йому статті, відволікають від суті - від аналізу його наукових заслуг, оцінки їхньої значимості. Але пройти повз деяких цілком незвичайних, іноді навіть парадоксальних обставин життя Полинга ніяк невозможно.

Согласно даним анкетування, проведеного британським журналом «New Scientist «серед кількох сотень видатних учених сучасності, Полінг ввійшла до числа двадцяти найбільших науковців всіх часів — поруч із Галилеем, Ньютоном, Дарвіном, Ейнштейном. Тим часом він — єдиний з нобелівських лауреатів — у відсутності атестата про закінчення середньої школи. Він отримав його, оскільки категорично відмовився відвідувати заняття з суспільних дисциплінам, заявивши у своїй, що необхідні знання на цієї області він зуміє придбати самостоятельно.

Другой парадокс у тому, що великий химик-теоретик, рівень фізичних знань якого забезпечував йому повне довіру найбільших фізиків на той час, розпочав свій освіту у сільськогосподарському коледжі, завершивши його зі ступенем бакалавра з хімічного технології. Потім у віці 24 років він закінчив Каліфорнійський технологічний інститут, отримавши ступінь доктора (PhD) по хімії - «із найвищим відзнакою «- і рівень бакалавра по математичної фізиці. Стипендія Гуггенгайма дала можливість провести 1926/27 навчальний рік у Європі, де зараз його вивчав квантову механіку у Зоммерфельда у Мюнхені, у Шредінгера у Цюріху і в Бору в Копенгагене.

После початку II Першої світової спонукуваний цивільним боргом Полінг переключається на військову тематику (розшифровка структури білка розбилася). Він створить декілька тисяч видів потужної вибухівки, і ракетного палива, розробляє вимірювач забезпечення і генератор кисню для підводних човнів і літаків (пізніше цей прилад знайшов застосування підтримки рівня змісту кисню в капсулах для недоношених немовлят і за хірургічних операціях під анестезією). У лабораторії Полинга був синтезовано замінник кров’яної плазми для термінових переливань в польових умовах. Внесок Полинга в перемогу над фашизмом був відзначений медаллю «За видатні заслуги перед Сполучені Штати », що йому особисто вручив президент.

Но у час вона бачила свій обов’язок у цьому, щоб боротися перед загрозою нової жахливої війни, проти ядерної небезпеки, проти радіоактивного зараження довкілля та робив то з усією силою властивого йому напору і таланта.

Вскоре по тому, як США скинули атомні бомби на японські міста Хіросиму і Нагасакі, Полінг почав кампанію проти нового виду зброї та боєприпасів в 1945;46 рр., як член комісії з національної стратегії безпеки, читав лекції про небезпеку ядерної війни. У 1946 р. він став однією з засновників Надзвичайного комітету учених-ядерників, заснованого Альбертом Ейнштейна і іншими прославленими вченими у тому, щоб домагатися заборони випробувань ядерної зброї у атмосфері. У 1957 р. Полінг становив проект відозви, у якому містилася вимога припинити ядерні випробування, його підписало більш 11 тис. учених із 49 країн світу, у тому числі понад 2 тис. американцев.

Из-за активної миротворчої діяльності, він нерідко наштовхувався на політичні перешкоди, зокрема через приписуваних йому прорадянських симпатій. На початку 50-х рр. довелося долати проблеми з отриманням паспорти (для виїзду до інших держав); він отримав паспорт без будь-яких обмежень тільки тоді, як було нагороджений Нобелівської премией.

В червні 1961 р. Полінг та його дружина скликали конференцію до Осло (Норвегія) проти поширення ядерної зброї. Згодом він почав вести дозиметричний контроль над рівнем радіоактивності й у жовтні 1962 р. зробив надбанням громадськості інформацію, яка показувала, що через які у минулого року випробувань рівень радіоактивності у атмосфері піднявся вдвічі проти попередніми 16 роками, і становить проект договору заборону таких випробувань. У 1963 р. США, СРСР та Велика Британія підписали угоду про заборону ядерних випробувань, основу якого лежав проект Полинга.

В 1963 р. Полінг нагородили Нобелівської премією мира.

Заслуги Лайнуса Полинга воістину великі й різноманітні але що історія науки він залишиться у першу чергу, як творець квантової хімії. Тим паче чудова та мудрість і стриманість, що він продемонстрував на рік свого 90-річчя, коли якраз визначив місце квантової теорії у сучасній системі хімічних наук:

" Хімії, мабуть, пощастило, це дарує величезне кількість емпіричних знання властивості хімічних речовин отримали до розвитку квантової механіки. Хіміки прагнули зрозуміти ці якості, й у результаті розробили класичну теорію хімічної будови. Якби вся ця маса інформації про властивості речовин була накопичили раніше виникнення квантової механіки, цілком імовірно, що теорія хімічної будови не була створена. Фактично час, 1991 року, хіміки мало використовують квантову механіку, успіхів хіба що широко застосовуються принципи освіти хімічного зв’язку, сформульовані мовою квантової механіки. У якійсь мірі вживається хіміками точна квантовомеханическая трактування молекулярного будівлі, але набагато частіше вони використовують класичну модель теорії хімічної будови " .

Список литературы

Для підготовки даної роботи було використані матеріали із сайту internet.