Химический факультет МГУ и его кафедры (история и современное состояние)

Академик Н.С.Зефиров, профессор Ю.А.Устынюк

Почти 90% всех известных индивидуальных химических веществ (более 11 млн. на конец 1997 г.) - это органические соединения. Уникаль-ная способность атомов углерода образовывать прочные ковалентные простые, двойные и тройные связи, создавая за счет этого сложные длин-ные цепи, циклы и трехмерные каркасы, обусловливает существование бесчисленного множества органических молекул, начиная от простейшего углеводорода метана СH₄ и кончая сложнейшими по строению нуклеино-выми кислотами, углеводами, липидами и белками, которые являются основными компонентами всех живых систем. Мы живем в органическом мире и сами являемся его неотъемлемой частью. Каждая клетка любого живого организма представляет собой сложнейший и совершеннейший химический реактор, действующий в строгом соответствии с законами органической химии.

На границах органической химии с другими дисциплинами в последние десятилетия появились и быстро развиваются научные направ-ления, которые выделяются в самостоятельные научные дисциплины. К их числу относятся химия природных соединений, молекулярная биология, биохимия, химия нефти, химия высокомолекулярных соединений и другие. В соответствии с этим на факультете создаются новые кафедры.

В какой бы области ни работал современный химик-исследо-ватель, знание органической химии составляет важнейшую часть его образования.

Органическая химия в Московском университете имеет глубокие и славные традиции в преподавании и научных исследованиях, заложен-ные выдающимся химиком-органиком, учеником А.М. Бутлерова, Владимиром Васильевичем Марковниковым (1837-1904), который возгла-вил кафедру химии на естественном отделении физико-математического факультета в 1873 г. Неустанными трудами и заботами В.В.Марковникова в МГУ была создана одна из лучших органических лабораторий, в кото-рой им и его учениками выполнены блестящие исследования по органиче-скому синтезу и химии углеводородов. В.В. Марковников открыл класс циклических углеводородов (нафтены). Его имя можно найти в любом учебнике по органической химии (правило Марковникова). Преемником В.В. Марковникова стал академик Николай Дмитриевич Зелинский (1861-1953), который выполнил несколько циклов исследований в органическом катализе, органическом синтезе и химии белка, укрепивших лидирующее положение школы химиков-органиков Московского университета в стране и ее высокий международный авторитет. Одновременно с ним в МГУ работали также такие известные химики-органики как Л.А. Чугаев, М.И. Коновалов, А.П. Сабанеев, Н.М. Кижнер и другие.

В 1929 г. было принято решение об учреждении в Московском университете химического факультета. В числе первых пяти химических кафедр в его составе была создана и кафедра органической химии, которую возглавил Н.Д. Зелинский.

Под руководством Н.Д. Зелинского кафедра превратилась в лучший в стране центр образования и исследований в области органи-ческой химии, который всегда отличали высокий уровень теоретической и экспериментальной подготовки выпускников, активное участие студентов и аспирантов в научных исследованиях, широта и разнообразие постоянно обновляющейся научной тематики, прочные творческие контакты с другими ведущими научными коллективами нашей страны.

Кафедрой заведовали:

В послевоенные годы на кафедре работала целая плеяда выдающихся химиков и педагогов - профессора Р.Я.Левина, Ю.К.Юрьев, К.Ю.Новицкий, А.Н. Кост, И.Ф. Луценко, А.П. Терентьев, Ю.С. Шабаров и многие другие.

В состав кафедры органической химии сегодня входят 7 лаборато-рий и научная группа. В лабораториях созданы научные группы, ведущие исследования по различным научным темам. На кафедре органической химии работают 190 сотрудников, среди них 24 доктора и 90 кандидатов наук. В научных исследованиях принимают участие более 100 аспирантов.

Научная тематика лабораторий кафедры широка и разнообразна. Здесь развиваются основные направления органического синтеза, в том числе создание новых высокоэффективных регио- и стереонаправленных методов получения соединений различных классов, включая напряженные и полициклические каркасные структуры, малые циклы, гетероциклы, поиск новых реагентов.

Исследования в области элементоорганической химии были начаты на кафедре крупнейшим элементооргаником наших дней и одним из основателей этой науки как самостоятельной дисциплины академиком А.Н. Несмеяновым. Эти работы активно продолжаются в нескольких научных лабораториях. Создаются новые методы синтеза органических соединений фосфора, кремния, германия, олова и других непереходных элементов, а также разнообразных p-комплексов переходных металлов. Всесторонне изучается реакционная способность этих соединений и их строение. Ведется успешный поиск новых применений элементооргани-ческих соединений в органическом синтезе и в металлокомплексном катализе.

Традиционно сильным направлением исследований кафедры, основы которого заложены академиками А.Н. Несмеяновым и О.А. Реутовым, является изучение механизмов реакций, перегруппировок и таутомерии органических и элементоорганических соединений. Сейчас работы в этой области ученые кафедры продолжают с использованием современных физических методов и методов квантовой химии.

Лаборатория биологически активных органических соедине-ний, созданная в 1969 г. выдающимся химиком-органиком профессором А.Н. Костом, в настоящее время является одним из ведущих научных коллективов, проводящих исследования нуклеофильных трансформаций азиниевых систем, к числу которых относится открытая А.Н. Костом и Р.С. Сагитуллиным изомеризационная рециклизация азотистых гетеро-циклов. В работах учеников А.Н. Коста были найдены превращения соединений ряда пиридина в различные карбо- и гетероциклы, в том числе конденсированные, и открыта уникальная реакция солей 3-нитропири-диния с N-алкилкетиминами, приводящая к индолам. Ведется разработка новых методов активации электрофильных реагентов, изучаются возмож-ности использования синтетического потенциала этих реагентов в реакциях электрофильного присоединения и замещения.

Открыт ряд новых высоко реакционноспособных электрофильных реагентов хлорирующего, сульфенилирующего, аминосульфенилирующе-го, селенирующего, сульфосульфенилирующего, нитрующего и нитрози-лирующего действия. Разработаны оригинальные препаративные методи-ки синтеза бифункциональных биологически активных соединений.

Лаборатория координационных металлоорганических соеди-нений, организованная в 1996 г., проводит исследования новых типов металлоорганических соединений каркасного типа с необычным коорди-национным и валентным состоянием атомов металлов в них. Важное место в работах сотрудников лаборатории занимает синтез соединений с гипервалентными внутрикомплексными взаимодействиями: с дополни-тельным гипервалентным взаимодействием "металлковалентно связанный лиганд" и взаимодействием "лиганд- лиганд" в координационной сфере металла на базе переходных, постпереходных и непереходных металлов. Много внимания уделяется изучению динамических превращений этих веществ, а также разработке путей эффективного использования комп-лексных металлоорганических соединений: катализаторы, реагенты для тонкого органического синтеза, новые материалы.

Лаборатория органического синтеза, созданная в 1938 г. разви-вает исследования в нескольких различных направлениях. Ведутся работы по синтезу и изучению свойств высоконапряженных полициклических соединений класса триангуланов, исследования в области количественных соотношений между структурой и свойствами органических соединений, разрабатывается технология компьютерного прогнозирования новых реак-ций циклизаций и перегруппировок. Изучаются математические модели и комбинаторные алгоритмы в задачах дизайна структур, реакций и конфи-гураций, ведутся исследования по энантио- и диастереоселективному синтезу, конформационному анализу и хироптическим свойствам хираль-ных производных пиперидина, других хиральных синтонов с целью полу-чения природных и синтетических биологически активных соединений, решаются проблемы тонкого органического синтеза: изучаются катализи-руемые хелатами переходных металлов реакции окисления органических соединений, внутримолекулярные перегруппировки и межмолекулярные трансформации арил- и гетарилциклопропанов, изучаются возможности синтеза и превращений мостиковых азолопиридинов, адамантанов, краун-эфиров новых классов, разрабатываются методы синтеза гетероциклов на базе реакции ацетиленов с закисью азота.

Лаборатория теории и механизмов органических реакций, организованная в 1995 г., разрабатывает методы активации разнообразных органических и элементоорганических соединений в различных химиче-ских процессах. Электрохимические методы активации молекул, приводя-щие к образованию анион-радикалов и катион-радикалов в качестве интермедиатов, открывают новый путь к синтезу металлоорганических соединений, трудно доступных другими путями, дают возможность понять механизм алкилирования солей тяжелых металлов в биологических системах. В ходе исследований комплексов с переносом заряда (КПЗ) разработан новый метод расщепления рацематов на энантиомеры через диастереомерные КПЗ. Новые пути к синтезу тропонов, спиросоединений тетрагидрофуранового ряда и трициклических напряженных троповаленов удалось найти в ходе изучения замещенных циклогексадиенонов. Анализ полученных результатов сотрудники лаборатории осуществляют с исполь-зованием теории молекулярных орбиталей и квантовохимических расче-тов.

Лаборатория физической органической химии организована в 1988 г. на базе лаборатории теоретических проблем органической химии, созданной в 1957 г. академиком О.А. Реутовым.

Основные тематики лаборатории: химия карбанионов и карбокатионов, гомогенный катализ, новые типы органических производных германия, олова, фосфора и переходных металлов, экотоксикология хлорорганических соединений, полиядерных ароматических углеводородов, ртуть- и свинец-органических соединений, строение и реакционная способность гумусовых веществ.

Лаборатория элементоорганических соединений создана в 1989г. и является прямым преемником ранее существовавших лабораторий металло(элементо)органического профиля, возглавляемых академиками А.Н.Несмеяновым, О.А.Реутовым и проф. И.Ф.Луценко.

Лаборатория развивает в соответствии с тенденциями современной элементоорганической химии несколько направлений:

• – Металлокомплексный катализ и его применение в тонком органическом синтезе. Это направление включает изучение реакций кросс-сочетания с образованием связей углерод-углерод и углерод-гетероатом, реакций арилирования олефинов, реакций, основанных на использовании оксида углерода, а также реакций присоединения к кратным связям соединений типа Н-Э, Э-Э, Э-Э', (Э= Р, Si, Sn, B,S, Se, Te).
• – Синтез новых типов металлоорганических соединений, особенно органических производных лантанидов и ранних переходных металлов и использование их в катализе.
• – Изучение механизмов металлоорганических реакций, в том числе с использованием карбонилатов металлов, новых типов лигандов и комплексов.

Лаборатория ядерного магнитного резонанса. Созданная в 1964 г. эта первая в МГУ лаборатория ЯМР быстро превратилась в один из ведущих научных коллективов страны в своей области.

К числу наиболее ярких научных достижений сотрудников лаборатории ЯМР относятся открытие H/D изотопных эффектов на химические сдвиги и константы спин-спинового взаимодействия, развитие ЯМР на ядрах ртути-199, разработка динамических квантовых моделей реакций окислительного присоединения алканов к атомам и кластерам переходных металлов, открытие нескольких новых типов металлотропной таутомерии и исследования общих закономерностей металлотропных перегруппировок с помощью новых методов динамического ЯМР. Сотрудники лаборатории активно применяют в своих исследованиях самые различные физические методы и методы квантовой химии высокого уровня (ab initio, метод функционала плотности и т.п.). Здесь разработаны уникальные новые методы анализа спектров ЯМР высокого разрешения, позволяющие решать сложные структурные, стерео-химические и динамические задачи.

Органическая химия как обязательная дисциплина преподается для всех студентов химического факультета. Курс органической химии читается в течение двух семестров общему потоку и специальным группам. Важное место в освоении этой дисциплины занимает большой органический практикум, который завершается выполнением курсовой работы, представляющей собой небольшое самостоятельное научное исследование.

Ежегодно 25–30 студентов проходят специализацию по органи-ческой химии и выполняют дипломные работы в лабораториях кафедры. Традиционно подготовка органиков проводилась по трем направлениям: органическая химия, химия элементоорганических соединений и физическая органическая химия.

В 1997 г. создана новая специализация - медицинская химия. Эта дисциплина, возникшая на стыке органической химии с биохимией и фармакологией, развивается стремительными темпами и включает в себя знания и представления, полученные учеными при исследовании и описании извечной триады "лекарство- болезнь- человек".

Студентам и аспирантам, специализирующимся на кафедре, пред-лагается широкий выбор общих и специальных курсов по органическому синтезу, химии элементоорганических соединений, физической органиче-ской химии, физико-химическим методам анализа строения органических веществ, медицинской химии, химии гетероциклических соединений и другим разделам органической химии. Эти курсы постоянно обновляются и изменяются.

[ Химический факультет МГУ и его кафедры (история и современное состояние) ]