Широко  внедряются физические методы определения  строения органических веществ: инфракрасная спектроскопия, электронография, ядерный и электронный парамагнитный резонанс, масс-спектроскопия и др. Задача разделения и идентификации органических веществ решается в современных лабораториях с помощью хроматографа в течение нескольких часов. Многие вопросы строения органических веществ, на решение которых раньше надо было затратить несколько месяцев, а иногда и лет, решаются с применением физических методов в несколько минут или часов.

     Современные методы исследований широко применяются  в биологии и медицине. Это и неудивительно, ведь живая клетка это настоящее царство больших и малых молекул, которые непрерывно взаимодействуют, образуются и распадаются... В организме человека реализуется около 100 000 процессов, причем каждый из них представляет собой совокупность различных химических превращений. В одной клетке организма может происходить примерно 2000 реакций. Все эти процессы осуществляются при помощи сравнительно небольшого числа органических и неорганических соединений. Современная химия характеризуется переходом к изучению сложных элементорганических соединений, состоящих из неорганических и органических остатков. Неорганические части представлены водой и ионами различных металлов, галогенов и фосфора (в основном), органические части представлены белками, нуклеиновыми кислотами, углеводами, липидами и достаточно обширной группой низкомолекулярных биорегуляторов, таких как гормоны, витамины, антибиотики, простагландины, алкалоиды, регуляторы роста и т. д.

     Известно, что из множества химических элементов  в состав живых организмов входят только некоторые элементы. Наиболее важными ионами металлов оказываются ионы натрия, калия, магния, кальция, цинка, меди, кобальта, марганца, железа и молибдена. Из неметаллоидов в живых системах практически всегда можно встретить атомы водорода, кислорода, азота, углерода, фосфора и серы в составе органических соединений и атомы галогенов и бора как в виде ионов, так и в составе органических частиц. Отклонение в содержании большинства из этих элементов в живых организмах часто приводит к достаточно тяжелым нарушениям метаболизма.

     Большая часть болезней обусловлена отклонением  концентраций какого-либо вещества от нормы. Это связано с тем, что огромное число химических превращений внутри живой клетки происходит в несколько этапов, и многие вещества важны клетке не сами по себе, они являются лишь посредниками в цепи сложных реакций; но, если нарушается какое-то звено, то вся цепь в результате часто перестает выполнять свою передаточную функцию; останавливается нормальная работа клетки по синтезу необходимых веществ.

     В поддержании нормальной жизнедеятельности  организма очень велика роль органических молекул. Их можно разделить по принципам, заложенным в их конструкцию, на три группы: биологические макромолекулы (белки, нуклеиновые кислоты и их комплексы), олигомеры (нуклеотиды, липиды, пептиды и др.) и мономеры (гормоны, антибиотики, витамины и многие другие вещества).

     Для химии особенно важно установление связи между строением вещества и его свойствами, в частности, биологическим действием. Для этого используется множество современных методов, входящих в арсенал физики, органической химии, математики и биологии.

     В современной науке на границе химии и биологии возникло множество новых наук, которые отличаются используемыми методами, целями и объектами изучения. Все эти науки принято объединять под термином «физико-химическая биология». К этому направлению относят:

     а) химию природных соединений (биоорганическая и бионеорганическая химия);

     б) биохимию;

     в) биофизику;

     г) молекулярную биологию;

     д) молекулярную генетику;

     е) фармакологию и молекулярную фармакологию и множество смежных дисциплин.

     В большей части современных биологических исследований активно используются химические и физико-химические методы. Прогресс в таких разделах биологии, как цитология, иммунология и гистология, был напрямую связан с развитием химических методов выделения и анализа веществ. Даже такая классическая "чисто биологическая" наука, как физиология, все более активно использует достижения химии и биохимии. В США Национальные Институты Здоровья (National Institutes of Health, USA) в настоящее время финансируют направления медицинской науки, связанные с чисто физиологическими исследованиями, гораздо меньше, чем биохимические, считая физиологию «неперспективной и отжившей свое» наукой. Возникают такие кажущиеся на первый взгляд экзотическими науки как молекулярная физиология, молекулярная эпидемиология и др. Появились новые виды медико-биологических анализов, в частности, иммуноферментный анализ, с помощью которого удается определять наличие таких болезней, как СПИД и гепатит; применение новых методов химии и повышение чувствительности старых методов позволяет теперь определять множество важных веществ, не нарушая целостности кожного покрова пациента, по капле слюны, пота или другой биологической жидкости. Во всём этом велика заслуга органической химии.

      2. Органическая  химия в современной  медицине

     В первых применениях органических соединений в медицине использовались, естественно, не чистые соединения, а их смеси, содержащие терапевтически эффективные компоненты. Так, первые исторические сведения относятся к использованию растения ma huang в Китае около 2700 г. до н. э. Лекарственное действие этого растения основано на присутствии эфедрина, 1-фенил-2-метиламинопропанола-1, оказывающего стимулирующее действие на центральную нервную систему.

     В течение минувших столетий лекарственные  растения с большим или меньшим  успехом применялись в медицине; в последние двести лет химики уделяли этим растениям большое внимание и выделили из них ряд активных веществ, многие из которых теперь получают синтетическим путем. Кроме того, сегодня очень широко проводятся фармацевтические испытания с целью установить, какие соединения пригодны в качестве лекарственных веществ и их воздействие на организм животных и человека. Только тогда, когда исследуемое соединение всесторонне удовлетворяет специальным требованиям, предъявляемым к лекарственным веществам, оно начинает производиться в необходимых количествах промышленностью.

     Соответствующие химические соединения помогают больным  безболезненно перенести операцию, облегчают боль, лечат всевозможные заболевания. К чести химии, с ее эффективной помощью удалось одолеть многие инфекционные болезни, которые еще пятьдесят лет назад были главной причиной человеческой смертности.

     С химической точки зрения лекарственные  вещества редко бывают простыми и чаще всего представляют собой сложные соединения или их смеси. Рассмотрим некоторые группы лекарственных веществ, созданные с помощью органического синтеза и успешно применяемые в медицине.

     Эти вещества делятся на анестетики общего действия (они вызывают наркоз, т. е. потерю сознания и утрату чувствительности к боли, и называются также наркотиками) и местные анестетики, которые оказывают местное обезболивающее действие без потери сознания (Пацак, 1986).

     Старейший наркотик, диэтиловый эфир (C₂H₅)₂O, был применен в медицинской практике для наркоза в 1846 г. Наркоз достигался вдыханием его паров. Диэтиловый эфир сравнительно безопасен, так как от необходимой для наркоза эффективной концентрации до смертельной (летальной) дозы очень далеко. Иногда он находит применение и в наши дни. К недостаткам диэтилового эфира относятся сильная горючесть и побочные действия (вызывает рвоту). Далее был применен негорючий хлороформ CHCl₃, вызывающий глубокий наркоз. Его недостатки: сравнительно ядовит и оказывает неблагоприятное действие на печень. Нужно внимательно следить за хранением хлороформа, чтобы под действием кислорода воздуха и света из него не образовался очень ядовитый фосген. В настоящее время от применения хлороформа в основном отказались. В качестве анестезирующих средств применяют дивиниловый эфир (CH₂=CH)₂O и циклопропан (CH₂)₃, недостатком которых является опять-таки горючесть.

     В последние годы расширилось использование  наркотана, или галотана ClBrCHCF₃, который обладает достоинством хлороформа, но намного более эффективен и свободен от его недостатков.

     В современной хирургической анестезии  наркотик обычно комбинируют с другими веществами, например с барбитуратами. Анестезия проводится под наблюдением специалиста — анестезиолога.

       Существуют различные взгляды  на механизм действия наркотиков, но, по-видимому, эти вещества растворяют липидные компоненты нервных клеток и тем самым нарушают биохимические процессы в этих клетках.

     При небольших хирургических вмешательствах и в стоматологии используются местные анестетики. Первым соединением, примененным для местной анестезии, был кокаин, выделенный из растения кока. Однако вскоре медицина отказалась от его использования из-за возможных злоупотреблений им как одурманивающим наркотиком. Важными местными анестетиками являются эфиры п-аминобензойной кислоты. К наиболее известным относится ее эфир с 2-диэтиламиноэтанолом-1, прокаин:

     Для анестезии кожи применяют метилхлорид CH₃Cl и этилхлорид C₂H₅Cl, так называемый келен.

     Эти соединения утоляют боль, но не вызывают потери сознания. Одним из наиболее примечательных анальгетиков, уже давно используемых в медицине, является ацетилсалициловая кислота. Это соединение не встречается в природе и было впервые синтезировано в 1853 г.

     Ацетилсалициловая кислота — основная составляющая препарата аспирина и применяется не только для утоления умеренных болей, но обладает также противовоспалительным, противоревматическим и жаропонижающим действием и, кроме того, предотвращает возникновение тромбов в артериях. Ацетилсалициловая кислота в виде аспирина или в комбинации с другими лекарственными веществами (например, с кофеином или эфедрином при простудных заболеваниях), безусловно, является самым распространенным лекарственным препаратом. Удовлетворительного объяснения терапевтического действия ацетилсалициловой кислоты пока нет. Большие ее дозы вызывают у некоторых людей раздражение слизистой желудка. Поэтому был предложен суперпирин, алюминиевая соль ацетилсалициловой кислоты, не обладающий таким действием.

     Другим  распространенным лекарственным веществом  является п-гидроксиацетанилид, известный  под названием «парацетамол». Он также обладает болеутоляющим и  жаропонижающим действием. Широко распространенный фенацетин (этиловый эфир п-гидроксиацетанилида), а также аминофеназон (амидопирин), содержащийся во многих болеутоляющих лекарствах (седолор, альгена, вералгин, эунальгит, динил), постепенно выходят из употребления.

     Фенилбутазол и кетофенилбутазол, структурно близкие аминофеназону, обладают слабым болеутоляющим, но уникальным противовоспалительным действием. Их применяют, например, для лечения воспалений суставов (артрит) и вен (флебит).

     Некоторые другие соединения этой группы применяют  для лечения подагры (выводят мочевую кислоту из организма).

     К наиболее эффективным анальгетикам относится морфин. Его метилпроизводное, кодеин, обладает лишь умеренным анальгетическим действием, но ослабляет кашель. Оба соединения относятся к классу алкалоидов.

     При поиске лекарственных веществ, подобных морфину по анальгетическому действию, но без его нежелательных свойств, химическим путем было получено большое число соединений, например дольсин и мекодин. Оба этих вещества очень эффективны, но при длительном употреблении к ним тоже привыкают.

     Морфином  и его производными злоупотребляют наркоманы.

     К этой категории веществ, границы  которой не могут быть строго очерчены, относятся психофармакологические средства, т. е. вещества, влияющие на психические функции больного. Они делятся на транквилизаторы и антифобические средства, снимающие тревожное состояние, напряжение, болезненный страх; антидепрессанты, используемые в психиатрии для подавления необоснованной тоски; успокаивающие препараты, сдерживающие болезненное веселье; психостимуляторы, обладающие возбуждающим действием, и, наконец, нейролептики, малые дозы которых подавляют страх (т. е. действуют подобно транквилизаторам), а большие дозы благоприятно действуют в случае тяжелых психических состояний (бред, галлюцинации, состояния бешенства, панические состояния и т. д.).

     К группе транквилизаторов и антифобических средств относятся мепробамат, гвайякуран и диазепам, к успокаивающим препаратам — алкалоид резерпин, к психостимуляторам — амфетамин, а также фенметразин и алкалоид кодеин. Наконец, к нейролептикам относятся хлорпромазин, или плегомазин, производное фенотиазина, а также уже упомянутый резерпин.