Факт и комментарий

Загадки пятого галогена

Как уже сообщалось в нашей газете, за серию работ “Открытие и исследование свойств новых неорганических и органических соединений астата” сотрудникам Объединенного института ядерных исследований докторам химических наук Юрию Васильевичу Норсееву и Владимиру Алексеевичу Халкину Президиумом Академии наук России была присуждена премия имени В. Г. Хлопина за 1998 год.

Вручение дипломов состоялось на заседании Президиума РАН 15 сентября. Мы обратились к лауреатам с просьбой сделать краткий обзор проведенных исследований.

Серия работ включает 35 статей, опубликованных в 1960-1995 годах и выполненных в отделе ядерной спектроскопии и радиохимии Лаборатории ядерных проблем. Многие сведения об астате получены впервые в мире.

Астат – пятый галоген, не имеющий стабильных изотопов и доступный только в ультрамикроколичествах, является трудным объектом для экспериментальных исследований. Сведения о его свойствах и поведении накапливаются очень медленно. Это связано с коротким временем существования его изотопов, с малой его доступностью, высокой радиобиологической токсичностью и, наконец, с ограниченными возможностями использования известных методов изучения свойств этого элемента. Исследования с астатом – это пример классической радиохимии, поскольку здесь проводится изучение природы и свойств радиоактивного элемента и его соединений на истинных микроколичествах, что соответствует определению предмета радиохимии как научной дисциплины.

Из-за отсутствия у астата долгоживущих изотопов исследование свойств этого элемента приходится начинать с отработки приемов его выделения из облучаемой мишени и получения радиохимически чистых препаратов. Это трудная радиохимическая задача. Для выделения астата из облученных мишеней и очистки элемента от возможных примесей нами были разработаны оригинальные газотермохроматографические методы, позволяющие на конечной стадии очистки получать препараты радиохимически чистого астата, заданного химического состояния, в растворах необходимого для дальнейших экспериментов состава. (Здесь следует отметить, что эти методы получения препаратов астата высокой активности успешно применялись также и в физических исследованиях: при подготовке препаратов для ядерной спектроскопии и при изучении ядерных реакций, приводящих к образованию изотопов астата, и, таким образом, послужили основой для разработки интересного ядерно-физического направления).

В области неорганической химии астата наиболее важный результат проведенных исследований – открытие положительного одновалентного иона пятого галогена, устойчивого в водных растворах. Впервые определены константы устойчивости комплексных ионов одновалентного катиона астата с рядом неорганических анионов и комплексонов. По экспериментальным данным была впервые рассчитана константа депротонирования аквакомплекса катиона астата. К новым результатам следует отнести и первый успешный синтез соединения семивалентного астата – перастататиона.

Чрезвычайно ценные результаты получены в области органической химии астата. В результате проведенных работ впервые синтезированы элементоорганические соединения многовалентного астата, в которых он существует в валентных состояниях +3 и +5. В качестве промежуточного продукта при синтезе вышеуказанных соединений был впервые получен астатбензол.

Нам удалось разработать оригинальные методы синтеза соединений одновалентного астата, основанные на процессах межгалогенного обмена; на процессах, происходящих с астатом, образующимся из радона путем захвата орбитального электрона; на реакциях электрофильного замещения водорода астатом в бензоле и его производных, а также на реакциях электрофильного присоединения. С помощью этих методов получен ряд новых алифатических и ароматических соединений астата. При этом не только идентифицировались вновь полученные соединения, находящиеся в истинных ультрамикроколичествах, методами газовой и жидкостной хроматографии, но и впервые определялись их физико-химические характеристики.

Одной из задач наших опытов было первое прямое определение величины энергии разрыва химической связи углерод- -астат в ароматических и алифатических производных астата, находящихся в истинных ультрамикроколичествах. Для этого была сделана оригинальная установка, позволяющая проводить изучение кинетики термического разложения невесомых количеств органических соединений.

Логическим продолжением исследований с астатом следует считать работы по изучению терапевтического действия альфа-частиц изотопа астата-211 и синтезу радиофармпрепаратов на его основе. В этом плане чрезвычайно показательны опыты с мышами, которым была заранее привита асцитная опухоль. Было установлено, что при введении им в брюшную полость астата-211, адсорбированного на частицах теллура, наблюдается увеличение продолжительности их жизни и даже полное излечение. Полученные результаты показывают пример использования альфа-частиц астата-211 для терапевтических целей.

С целью избирательной доставки альфа-излучателя к опухолевым клеткам разработаны методы связывания астата-211 с моноклональными антителами. Моноклональные антитела к различным видам опухолей, меченные астатом-211, позволяют достигнуть аккумуляции в раковых клетках максимального количества радионуклида, что способствует уничтожению опухоли.

Несмотря на определенные трудности проведения экспериментальных работ с астатом, нам удалось расширить наши знания о химическом поведении пятого галогена. Открытие новых неорганических и органических соединений, изучение их свойств и определение физико-химических характеристик позволили получить важные сведения о закономерностях изменения свойств элементов в подгруппе галогенов.

Новые данные по химии астата, его соединениях и физико-химических характеристиках вошли в справочную литературу, подробно цитируются в оригинальных и обзорных работах, посвященных химии астата, и в учебных пособиях.