Торговый Дом «Аюрведа» — аюрведа оптом

Фтор: разрушающий или созидающий? | Наука и жизнь

Написать эту небольшую заметку меня побудило желание рассказать об удивительном элементе, а также поведать о его органических соединениях, показать, насколько сильно введение фтора в молекулу может изменить её свойства. В этом наша научная группа убеждалась всякий раз, когда, разрабатывая методы сборки фторированных азотсодержащих гетероциклов, открывала новые неожиданные реакции.

Нобелевский лауреат по химии Фердинанд Фредерик Анри Муассан, впервые выделивший фтор. Фото: sv:Generalstabens litografiska anstalt/ Wikimedia Commons/PD.

Анри Муассан получает фтор в своей лаборатории в Фармацевтической школе в Париже. Факсимиле мгновенной фотографии со вспышкой порошка из статьи de G. Tissandier // La Nature, 875, 22 fevrier 1890, p. 177.

Обложка журнала «Comptes Rendu» с первым сообщением Анри Муассана о выделении фтора. Фото: https://www.biodiversitylibrary.org/item/23483#page/9/mode/1up.

Некоторые природные соединения, молекулы которых содержат связь углерод — фтор. Эти фторорганические соединения чрезвычайно токсичны.

Фторсодержащие лекарственные препараты широко используются для лечения разных заболеваний. В числе таких лекарств 5-фторурацил, целекоксиб, флуоксетин, аторвастатин, ципрофлоксацин.

‹

›

Открыть в полном размере

Среди всех химических элементов ему больше всего подходит облик древнеримского бога Януса, имеющего, как известно, два лица. Он — обладатель уникальной реакционной способности, энергично взаимодействующий почти со всеми элементами, и в то же время его соединения характеризуются высокой химической стойкостью. Он возглавляет 17 группу таблицы элементов и самый распространённый в земной коре среди всех галогенов, несмотря на то, что в индивидуальном виде был получен последним из них (не считая, разумеется, радиоактивных астата и теннессина). Будучи самым электроотрицательным элементом, позволяет достаточно уверенно предсказывать его влияние на свойства молекулы, хотя до сих пор любит преподносить учёным сюрпризы. Он — необходимый для здоровья человека элемент и одновременно чрезвычайно токсичное вещество. Он был наречён задолго до того, как его удалось выделить в чистом виде. Его греческое имя φθόριος переводится как «разрушающий», но более распространено его латинское название fluorum, означающее «текущий». Конечно же речь о фторе. Так кто же он — разрушитель или созидатель?

История химии фтора действительно полна драматических страниц. Многие естествоиспытатели сильно пострадали, поплатившись здоровьем, а иногда и жизнью, пытаясь выделить этот элемент! Среди них — выдающиеся химики, имена которых хорошо известны каждому со школьной скамьи: швед Карл Вильгельм Шееле (1742—1786), англичане Хэмфри Дэви (1778—1829) и Джордж Гор (1826—1908), французские учёные Андре-Мари Ампер (1775—1836), Жозеф-Луи Гей-Люссак (1778—1850), Луи Жак Тенар (1777—1857), Эдмон Фреми (1814—1894) и Джером Никлес (1820—1869), бельгиец Полен Луе (1818—1850) и братья Томас и Джордж Нокс из Ирландии. Укротить этого химического дракона оказалось по силам лишь знаменитому французскому химику Анри Муассану (1852—1907).

В 1880 году Муассан защитил диссертацию, в которой обобщил результаты изучения оксидов железа и хрома. Но вскоре он изменил направление исследований и взялся ни много ни мало за решение проблемы выделения фтора. По воспоминаниям современников, его научные амбиции всегда были велики. Казалось, молодой экспериментатор готов бросить вызов любой опасности, пытаясь постичь неизведанное. И добился успеха: 26 июня 1886 года электролизом безводного фтороводорода, содержащего фторид калия, он впервые сумел выделить фтор, что, по мнению Эдмона Фреми, «является одним из величайших открытий в неорганической химии, которое может иметь для науки неисчислимые последствия». Уже через два дня об успехе Анри Муассана было сообщено на заседании Академии наук, а сам он представил краткое сообщение, осторожно озаглавленное «Действие электрического тока на безводную фтористоводородную кислоту». Такая нерешительность Муассана, по-видимому, связана с неудачами его предшественников, пытавшихся получить фтор: «Позволено мне будет не делать окончательных выводов о действии тока на фтористоводородную кислоту; сегодня я лишь сообщаю первые результаты; я продолжаю эти исследования и надеюсь вскоре представить на суд Академии новые эксперименты в этой области. Мы можем выдвигать различные гипотезы о природе полученного газа; логичнее всего было бы полагать, что это фтор…»

Для проверки высказанной гипотезы Академия наук создала комиссию, в которую вошли самые именитые химики страны — Марселен Бертло, Анри Дебре и Эдмон Фреми. Муассан тщательно готовился к контрольному эксперименту. Специально для демонстрации опыта он получил очень чистый безводный фтороводород, что представляло немалые трудности. Вот как описывал этот процесс сам учёный: «Получение чистой и безводной фтористоводородной кислоты начинают с приготовления гидрофторида калия (KHF₂ — А. Р.), соблюдая все предосторожности, описанные г-ном Фреми. После получения чистой соли её сушат на водяной бане при 100° и затем содержащую её платиновую чашку для выпаривания помещают в вакуум (вакуумный эксикатор. — А. Р.) в присутствии концентрированной серной кислоты и двух или трёх кусочков плавленого гидроксида калия в серебряном тигле. Кислота и едкий калий меняются каждое утро в течение пятнадцати дней, а вакуум поддерживается около 2 мм ртутного столба. Во время высушивания нужно не забывать ежедневно растирать соль в железной ступке для того, чтобы обновлять её поверхностный слой. После высушивания гидрофторид калия превращается в порошок, который может быть использован для получения фтороводородной кислоты».

Несмотря на такую тщательность, эксперимент не удался: фтор не выделился! К счастью, учёный очень быстро нашёл причину неудачи: без добавления фторида калия, который легко растворяется в HF, электролиз безводного фтористого водорода не проходил из-за низкой электропроводности последнего. Вернувшись к первоначальному варианту проведения эксперимента, Муассан в присутствии комиссии получил желаемый газ, о чём поведал Академии наук 19 июля 1886 года. Однако лишь в третьем сообщении «Новые эксперименты по разложению фтороводородной кислоты электрическим током», датированном 26 июля того же года, он уверенно заключил, что «газ, выделяющийся при электролизе безводного фтороводорода, несомненно является фтором». За это открытие учёный был отмечен Нобелевской премией по химии 1906 года.

«Во время этой долгой работы, — признавался позже Анри Муассан в своей книге «Фтор и его соединения», — мы неоднократно имели возможность убедиться, насколько изучение соединений фтора далеко от завершения. Мы мало знаем о фторидах металлоидов (устаревшее название элементов, расположенных в таблице на границе между металлами и неметаллами. — А. Р.), совсем немного о фторидах металлов, а наши знания об органических соединениях фтора просто скудны».

«Будет ли фтор иметь практическое применение?» — обращался он к слушателям во время лекции, прочитанной им в мае 1897 года в Королевском институте Великобритании. И тут же продолжал: «На этот вопрос очень сложно ответить. Однако со всей искренностью могу сказать, что, проводя исследования, я мало думал об этом. Полагаю, что все химики, чьи попытки предшествовали моим, тоже вряд ли задумывались над этим». Удивительно, что спустя почти сорок лет после выступления Муассана возможность использовать фтор или его соединения всё ещё была сомнительной. В вышедшем в 1934 году 25-м томе Технической энциклопедии (предшественницы многотомной Советской энциклопедии) утверждалось, что «вследствие затруднительности его получения и хранения фтор практического применения не имеет».

Однако сегодня химия органических соединений фтора — одна из привлекательных областей исследований химиков мира. Может показаться странным, что соединения, молекулы которых содержат связь углерод — фтор, очень редко встречаются в природе: к настоящему времени известно не более трёх десятков таких веществ. Среди них — фторуксусная кислота и её производные, выделенные из южноафриканских растений; фторацетон, содержащийся в произрастающих в Австралии низкорослых деревцах Acacia georginae; производные 5-фторурацила, известного противоопухолевого препарата, выделенные из собранной в Южно-Китайском море губки Phakellia fusca; несколько фторсодержащих жирных кислот, например ω-фторолеиновая, обнаруженных в масле семян кустарника Dichapetalum toxicarium, произрастающего в Сьерра-Леоне. Все эти природные фтор-органические соединения чрезвычайно токсичны, а содержащие их растения, бактерии и грибы занимают верхние строчки рейтинга самых смертоносных в мире.

Несмотря на то что соединения фтора очень редко встречаются в природе, они играют исключительно важную роль в жизни человека. И если природные фторсодержащие вещества можно буквально пересчитать по пальцам, то число полученных химиками фторорганических производных уже перевалило за миллион! Таким образом, получается, что органическая химия этих соединений практически полностью создана человеком! Где же встречаются фторсодержащие продукты? В ответ на этот вопрос наверняка можно услышать: в зубной пасте или в покрытиях сковородок. Однако фторсодержащие вещества — это не только органический (аминофторид) либо минеральный (монофторфосфат или фторид натрия) компонент зубной пасты или антипригарное тефлоновое покрытие. Органические соединения фтора сегодня широко используются для разработки новых лекарственных средств и создания материалов с уникальными свойствами. По иронии судьбы, хотя элементарный фтор токсичен для всего живого, фторсодержащие препараты всё шире используются в медицинской практике. Если полвека назад доля таких лекарств составляла лишь 2%, то сегодня молекулы около трети всех выпускаемых агрохимикатов и фармацевтических препаратов содержат хотя бы один атом фтора, причём 20% их появилось на рынке в первое десятилетие нового столетия.

Фторорганические производные полезны при профилактике кариеса и изготовлении биокерамических протезов (ортопедических и зубных имплантатов), при лечении больных малярией, сердечно-сосудистыми, онкологическими и многими другими заболеваниями.

Некоторые из этих препаратов успешно применяются уже не одно десятилетие. Синтезированный в середине 50-х годов прошлого века 5-фторурацил, как производное пиримидиновых оснований — органических азотсодержащих гетероциклов, входящих в состав нуклеиновых кислот, сразу привлёк внимание медиков. Оказалось, что замена лишь одного атома водорода на фтор в молекуле урацила приводит к созданию цитостатика, проявляющего высокую антиметаболическую активность.

Другой фторсодержащий препарат — целекоксиб, выпускаемый под торговой маркой Целебрекс, — нестероидное противовоспалительное средство. После выхода на фармацевтический рынок в декабре 1998 года он стал одним из наиболее часто назначаемых препаратов. Разработанный нашей группой новый способ получения этого соединения и его аналогов был описан в статье, опубликованной в августе 2017 года в «European Journal of Organic Chemistry» в рубрике «Very important paper».

В 1996 году искусственный кровезаменитель Перфторан, представляющий собой эмульсию перфторуглеродов (производных углеводородов, в которых все атомы водорода заменены на фтор) в воде, был разрешён для медицинского применения и промышленного выпуска в Российской Федерации. О драматической истории его создания журнал «Наука и жизнь» писал ранее (см. «Наука и жизнь» № 2, 1999 г., статья «Переливание крови: против, за и альтернатива»).

Активность фторсодержащих лекарств — в частности одного из самых популярных антидепрессантов флуоксетина, выпускаемого уже более 30 лет, часто прописываемого терапевтами в качестве гиполипидимического средства группы статинов аторвастатина, антибактериального препарата широкого спектра действия ципрофлоксацина и других — как полагают, связана с присутствием в молекуле одного или нескольких атомов фтора. Почему же введение фтора или фторсодержащей группы (чаще всего CF₃) в молекулу так изменяет физические, химические и биологические свойства исходного соединения? Поиск ответа на этот вопрос чрезвычайно важен для разработки новых лекарственных препаратов.

Ван-дер-ваальсовый радиус атома фтора (1,47 Å) лишь немного превышает радиус водорода (1,20 Å). Поэтому, с одной стороны, замена водорода на фтор незначительно увеличивает объём молекулы, а с другой — часто происходящие при этом конформационные изменения не могут не отразиться на взаимодействии лекарства с избранной биомолекулой-мишенью. Изменяются кислотно-основные свойства, а значит, и способность образовывать водородные связи, играющие важную роль в биологических системах. Известно, что для лучшего усвоения организмом лекар-ственное средство должно иметь высокую гидрофильность, хорошо растворяться в воде. Но преодолеть клеточную мембрану может только липофильная* молекула. Происходящая при замене водорода на фтор модификация позволяет найти компромисс между этими двумя противоположными свойствами. Наконец, оборотной стороной экстремальной реакционной способности фтора является образование прочных связей фтор-элемент. Например, одинарная связь C-F обладает одним из самых высоких значений энергии диссоциации (~480 кДж/моль; для сравнения среднее значение этого параметра для связи C-H составляет ~420 кДж/моль). Отсюда — высокая устойчивость и химическая инертность фторорганических соединений. Более того, введение фтора защищает молекулу от метаболического разложения, повышая «выживаемость» лекарства в организме и продлевая его терапевтический эффект. А это в свою очередь позволяет уменьшить дозу лекарственного препарата. Однако летом 2018 года учёные Техасского университета в Сан-Антонио (США) сообщили о сенсационном открытии: оказалось, что вырабатываемые в организме человека ферменты способны расщеплять связь C-F в молекулах некоторых лекарств. Это открытие может повлиять на стратегию создания новых лекарственных препаратов.

Химия органических производных фтора никого не оставляет равнодушным. Каждый год химики мира синтезируют десятки тысяч новых фторорганических соединений. Учёные многих стран, ведущие исследования в этой области, ежегодно встречаются на научных форумах, чтобы поделиться достигнутыми успехами и наметить пути дальнейшего развития удивительной химии необычного элемента, занимающего девятую клеточку Периодической таблицы. И хотя за последние годы учёные существенно продвинулись в понимании уникальных и загадочных свойств фтора, несомненно, этот необычный элемент хранит ещё много тайн.

Комментарии к статье

* Липофильность (от греческого λιπος — «жир» и φιλος — «дружественный») — способность химического соединения растворяться в жирах, маслах и неполярных растворителях.

Лекарственные средства, содержащие фтор — Информация

Клиники Челябинска Врачи Челябинска НАТРИЯ ФТОРИД (Natrium phthoridum) Синонимы: Флуосен, Кореберон, Натрий фтористый, Натрий флуорид. Фармакологическое действие. Ионы фтора накапливаются в организме преимущественно в тканях зуба и костной ткани, образуя слаборастворимые фторапатиты. Стимулируя минерализацию твердых тканей зуба, они способствуют созреванию и отвердеванию зубной эмали и предохраняют зубы от развития кариеса. Оказывают также бактерицидное (уничтожающее бактерии) действие в отношении микроорганизмов, появляющихся при кариесе зубов. Кроме того, натрия фторид снижает резорбцию (рассасывание) костной ткани. В сочетании с витамином D3 и соединениями кальция фтор содействует кальцификации (окостенению) костей. Показания к применению. Назначают для профилактики кариеса зубов у детей в возрасте от 2 до 14 лет в местностях, где содержание фтора в питьевой воде не превышает 0,5 мг/л. Способ применения и дозы. Детям в возрасте от 2 до 6 лет дают таблетки по 0,0011 г, старше 6 лет -по 0,0022 г 1 раз в день. Препарат принимают внутрь после еды, запивая водой, ежедневно в течение не менее 250 дней в году (ежегодно до 14-летнего возраста). Кроме того, взрослым и детям старше 16 лет рекомендуется полоскание полости рта раствором натрия фторида после еды и чистки зубов. Применяют сначала 0,05% раствор: полощут по 1 мин 3 раза ежедневно; затем применяют 0,2% раствор (3 раза в день) один раз в 1 или 2 нед. Применяют у взрослых и детей старше 10 лет по 1 столовой ложке раствора на полоскание (для детей 6-9-летнего возраста по 1 десертной ложке). Полоскания проводят не менее 9 мес. в году. Возможно одновременное применение растворов, таблеток натрия фторида и фторлака. Побочное действие. При передозировке возможно развитие гиперфункции (повышенной функции) щитовидной железы, аллергические реакции, герпес (выирусное заболевание, характеризующееся высыпанием на коже и/или слизистых сгруппированных пузырьков), насморк, эозинофилия (увеличение числа эозинофилов в крови). Противопоказания. Применение натрия фторида противопоказано в местностях, где содержание фтора в воде превышает 0,8 мг/л. Одновременно с фторидом натрия не рекомендуется назначать препараты, содержащие кальций. Форма выпуска. Таблетки светло-желтого цвета с вкраплениями содержат по 0,0011 г, а белого цвета — по 0,0022 г натрия фторида. Порошок из которого готовят 0,05% и 0,2% водные растворы. Условия хранения. Список Б. В защищенном от света месте. Готовые растворы хранят не более 4 нед. ФТОРЛАК (Phthorlacum) Комбинированный препарат, содержащий натрия фторид, шеллак, бальзам пихтовый и др. Показания к применению. Применяется в качестве средства для профилактики кариеса зубов. Применяется также как лечебное средство при гиперестезии (повышенной чувствительности) зубов, повышенной стираемости эмали, травматических повреждениях эмали и др.; оказывает обезболивающее и антимикробное (направленное на уничтожение микробов) действие. Способ применения и дозы. Препарат наносят на зубы при помощи ватного шарика. При нанесении на зубы образует после высыхания пленку. Для профилактики кариеса назначается детям и подросткам в местностях с пониженным содержанием фтора в питьевой воде (менее 1 мг/л). Форма выпуска. Во флаконах по 25 г. Условия хранения. Список Б. В прохладном, защищенном от света месте. В небольших количествах (0,5 мг) натрия фторид входит в состав некоторых поливитаминов (см. олиговит и др.). Натрия фторид также является составной частью некоторых видов зубных паст.   Версия для печати Данная информация не является руководством к самостоятельному лечению. Необходима консультация врача.

ВОЗ включает препараты фтора в список лекарств для детей

ВОЗ включает препараты фтора в список лекарств для детей

Скачать PDF

Скачать PDF

• Новости
• Опубликовано: 26 ноября 2021 г.

Британский стоматологический журнал том 231 , страница 608 (2021)Процитировать эту статью

• 400 доступов

• Сведения о показателях

Британское общество детской стоматологии (BSPD) приветствовало заявление Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) о включении фторсодержащих препаратов в список основных лекарственных средств для детей. Это новая разработка, которая отражает признание здоровья полости рта важным аспектом общего состояния здоровья и благополучия детей.

В отчете комитета экспертов ВОЗ 23 ^rd «Выбор и использование основных лекарственных средств» отмечается бремя заболеваний полости рта, особенно нелеченного кариеса зубов, которые представляют собой серьезную проблему общественного здравоохранения во всем мире. Новая рекомендация ВОЗ заключается в том, что «перечень должен быть изменен на «фторид», учитывая, что фторсодержащие препараты для местного применения используют фторид в различных формах. Зубная паста с фтором рекомендуется для включения в состав как специально определенный состав фтора (паста, крем или гель, содержащие от 1000 до 1500 частей на миллион фтора [любого типа]) из-за ее доказанной эффективности в предотвращении кариеса и для лучшего контроля качества содержания фтора. ‘.

Профессор Сондос Альбадри, президент BSPD, сказал: «Мы рады отметить включение фторсодержащих стоматологических препаратов в список основных лекарственных средств ВОЗ. Как детские стоматологи, мы все видели преимущества этих вариантов лечения. Мы надеемся, что это признание и включение в настоящее время ВОЗ будет способствовать их внедрению для улучшения здоровья полости рта обездоленных и уязвимых детей во всем мире».

Список также включает диаминфторид серебра (SDF). В 2020 году BSPD выпустила руководство и вспомогательные материалы по использованию SDF в качестве варианта лечения, помогающего остановить кариес зубов у детей. ¹

Change history

• 08 April 2022

  A Correction to this paper has been published: https://doi.org/10.1038/s41415-022-4092-2

Reference

1. Британское общество детской стоматологии. Новые ресурсы SDF. 2021. Доступно по адресу: https://www.bspd.co.uk/Professionals/Resources (по состоянию на ноябрь 2021 г.).

Ссылки на скачивание

Права и разрешения

Перепечатки и разрешения

Об этой статье

Фторсодержащие добавки

Онтология: Фторид натрия (C0037508)

Определение (NCI)	Неорганическая соль фтора, используемая местно или в муниципальных системах фторирования воды для предотвращения кариеса. Фтор, по-видимому, связывается с ионами кальция в гидроксиапатите поверхности зубной эмали, предотвращая коррозию зубной эмали кислотами. Этот агент может также ингибировать выработку кислоты комменсальными бактериями полости рта. (NCI04)
Определение (МСХ)	Источник неорганического фтора, который используется местно для предотвращения кариеса зубов.
Определение (PDQ)	Неорганическая соль фтора, используемая местно или в муниципальных системах фторирования воды для предотвращения кариеса. Фтор, по-видимому, связывается с ионами кальция в гидроксиапатите поверхности зубной эмали, предотвращая коррозию зубной эмали кислотами. Этот агент может также ингибировать выработку кислоты комменсальными бактериями полости рта. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт