Но вплоть до середины нынешнего века искусство химика-органика сводилось главным образом к тому, чтобы удачно подобрать нужные реагенты и катализаторы. Если смесь веществ реагировала (обычно при нагревании), опыт считался удачным; если же реакция не шла, комбинация реагентов признавалась бесперспективной. Сейчас, однако, ситуация меняется на глазах. Сейчас в органической химии заметно большее внимание уделяется физическим методам воздействия, способным вызвать подчас весьма необычные превращения веществ, в том числе и тех, что прежде считались инертными. Один из таких методов — воздействие сверхвысокими давлениями, сокращенно называемыми СВД.

            В разных условиях разные молекулы испытывают превращения с разными скоростями: в одних случаях они изменяются за миллионные доли секунды, в других могут оставаться практически неизменными миллионы лет, и только специальные методы исследования позволяют либо зафиксировать сам факт образования той или иной частицы, либо обнаружить протекающий процесс.

            Это связано с тем, что разные превращения имеют разные энергии активации, то есть требуют различной дополнительной энергии, нужной молекулам для того, чтобы они могли преодолеть энергетический барьер и прореагировать. Причем, если молекула имеет выбор, то она с большей вероятностью избирает более легкий путь — тот, что требует меньшей энергии активации, и тем существенно отличается от былинного богатыря, норовящего идти туда, где его ждет больше всего неприятностей.

            Но стремление молекулы выбрать путь полегче как раз и дает возможность управлять ее химическим поведением. Если учёный говорит «реакция пошла», то это значит, что ему удалось либо снизить энергетический барьер, лежащий на пути желаемого процесса, либо сообщить частицам недостающую энергию активации. Снижению энергетического барьера на пути химического превращения как раз и служат разнообразные реагенты и катализаторы, добавляемые исследователем к веществам, которые он хочет заставить прореагировать. А дополнительную энергию он сообщает, повышая температуру реакционной смеси; этой же цели служат и другие методы физических воздействий — скажем, облучение элементарными частицами или электромагнитными волнами.

            Впрочем, с давних пор известен еще один метод физического воздействия на химическое поведение вещества — воздействие повышенным давлением. Ведь чтобы сжать газ, нужно затратить энергию, определяемую давлением и изменением объема, а будучи затрачена, эта энергия становится достоянием газа и оказывает существенное влияние на состояние его молекул.

            Однако среди миллионов органических веществ лишь единицы находятся при обычных условиях в газообразном состоянии, большинство же представляет собой жидкости или твердые тела, и их реакции, как правило, протекают в растворах. Жидкости же, как известно, практически несжимаемы, и поэтому кажется, что повышение давления не может существенно сказаться на энергетике их состояния. Иначе говоря, кажется несомненным, что давление не может служить эффективным методом управления процессами органической химии.

            То, что жидкости считаются несжимаемыми практически, не означает, что они несжимаемы принципиально. Давление в сто и даже тысячу атмосфер и впрямь не оказывает на них существенного влияния; однако, когда давление переваливает за две тысячи, его воздействие становится весьма ощутимым. Известно же, что при давлении в 100000 атмосфер вода существует не в виде жидкости, а в виде «льда VII» с плотностью около 1,5 г/см³, не плавящегося даже при нагревании до 300°С. А органические вещества и их растворы? Они тоже заметно подвергаются действию высокого и сверхвысокого давления, и при этом начинают протекать химические процессы, которые иногда нельзя вызвать ни нагреванием, ни добавлением катализатора, ни действием    излучения.

            Например, непредельное производное пропана, содержащее фтор и хлор, при обычном давлении никак не удается превратить в высокомолекулярный полимер.

В этом случае степень полимеризации n не превышает 10. Однако при давлении 10—14 тысяч атмосфер степень полимеризации достигает 1000 и получается материал с весьма ценными для практики свойствами — из него, скажем, можно делать невоспламеняющиеся пленки.

При том же давлении происходит необычная реакция циклизации ацетонитрила:

А некоторые альдегиды в этих условиях оказываются способными вступать в совершенно несвойственную для них реакцию Дильса — Альдера, давая ценные гетероциклические полупродукты:

            Но самое замечательное заключается в том, что тиски СВД не просто оказывают влияние на энергетическое состояние химической системы. Они буквально стискивают реагирующие молекулы, вдавливают одну в другую, искажают их форму. Если в ходе реакции образуется промежуточное соединение, объем которого отличается от объема реагентов, СВД способствует или препятствует его образованию, в результате чего скорость процесса либо увеличивается, либо уменьшается. Причем скорости разных превращений, которые может испытывать одно и то же вещество,    изменяются   по-разному — СВД не просто вызывает активацию молекул, а позволяет изменять направленность процессов.

            ...Успех каждого научного исследования определяется не только правильной постановкой проблемы и экспериментальным мастерством ученого: подчас все решает удачно выбранный объект. Скажем, законы генетики были открыты благодаря тому, что исследовались весьма удачные объекты — горох и плодовая мушка дрозофила; сейчас молекулярные механизмы наследственности изучаются на кишечной палочке E. coli.

            В химии СВД такими плодотворными объектами оказались свободнорадикальные реакции замещения с переносом атома водорода (например, реакции хлорирования и бромирования). Именно изучая эти реакции, и удалось установить влияние СВД на химические процессы.

            Скажем, если течение реакции определяется только прочностью химических связей, СВД ускоряет тот процесс, который идет быстрее и при обычном давлении; если превращение зависит от пространственной доступности реакционного центра, то СВД ускоряет более медленный процесс. А в некоторых случаях влияние СВД определяется электронными свойствами группировок атомов, связанных с реакционным центром. Эти закономерности, установленные исследователями Института органической химии АН СССР, позволяют предсказывать влияние СВД на химическое поведение того или иного вещества. А умение предсказывать — основное условие того, чтобы метод приобрел права гражданства не только в науке, но и в технологии.

            Несмотря на то, что влияние СВД на химические процессы уже достаточно хорошо изучено, иногда исследователи сталкиваются с неожиданными эффектами. Один из таких эффектов был обнаружен еще в тридцатых годах XX века американским ученым П. У. Бриджменом при проверке влияния СВД на реакции в твердой фазе. Если твердое вещество (или смесь веществ) подвергнуть действию 150 000 атмосфер, то ничего не произойдет. Но если одновременно вращать пуансоны пресса вокруг оси, то сразу же произойдет реакция. Причем протекающие превращения оказываются совершенно необычными: например, сотрудниками Института химической физики АН СССР было установлено, что в этих условиях бензол (его перед сжатием замораживают) превращается в линейный полимер:

А по данным исследователей Института органической химии, точно так же полимеризуются и многие другие вещества — хиноны, нитрилы.

            Механизм этого явления пока еще не выяснен. Скорее всего, превращение вызывается именно давлением со сдвигом, а не разогревом вещества от трения. Предполагается, что реакция происходит в результате смещения молекулярных слоев вещества и установления непосредственного контакта между реакционными центрами молекул.

            На первый взгляд может показаться, что эффект сдвига может заинтересовать только теоретиков. Но при внимательном рассмотрении оказалось, что то же самое явление сплошь и рядом встречается и в природе, и в технологии. Скажем, в глубинах Земли пласты смещаются один относительно другого; при этом в области сдвига вещество может испытывать такие же необычные превращения, которые наблюдаются и в лабораторных установках. Давлению со сдвигом подвергаются многие материалы при механической обработке — резании, сверлении, вальцевании. Было, например, показано, что в подшипнике качения смазка химически изменяется точно так же, как между вращающимися пуансонами пресса... Иначе говоря, воздействие давления со сдвигом открывает возможность изучать поведение многих практически важных систем.

            Ценность исследований воздействия СВД на органические вещества не подлежит никакому сомнению: этот метод открывает не просто новый остров в органической химии, а целый материк. Скажем, только этот метод позволяет изучать строение переходного состояния молекул в ходе их химических превращений.

            Но еще более плодотворным было бы перенесение методов СВД в практику органического синтеза. В принципе давление в 10 и даже 100 тысяч атмосфер технически легко достижимо. Но цифры пугают: кажется, что с такими давлениями работать чрезвычайно опасно, и поэтому технологи с недоверием относятся к СВД. Вместе с тем эти страхи основаны на чистом недоразумении. Высокое давление представляет опасность лишь при работе с газами, так как в случае аварии произойдет сильнейший взрыв. В случае же жидкостей, сжимающихся все же незначительно, особо сильного взрыва при аварии не произойдет...

            Видимо, СВД начнет внедряться в практику органического синтеза лишь после того, как с помощью этого метода удастся создавать вещества с уникальными свойствами — ведь используется же такое давление для получения алмазов. А уж потом, когда новая технология станет привычной, она будет применяться и для рядовых, но экономически выгодных синтезов.