Дихлорметан, или DCM, обычно используется для удаления краски и жира. Именно его поколения студентов-химиков применяли для растворения таблеток болеутоляющих в лабораторных упражнениях, призванных научить их выделению соединений из смеси.
Но когда Агентство по охране окружающей среды США (EPA) в прошлом году запретило большинство видов использования DCM, Дартмутский колледж и, возможно, тысячи других школ, преподающих вводный курс по органической химии, оказались в затруднительном положении. Чтобы продолжить использование DCM, школам необходимо было бы тщательно контролировать его применение, что фактически лишало бы их возможности использовать растворитель в студенческих лабораториях с большим количеством начинающих химиков.
Решение, предложенное приглашённым учёным Стивом Райтом ’81 и старшим преподавателем Кэти Уэлдер, привлекло теперь внимание всей страны: их статья с подробным описанием более безопасных заменителей растворителя недавно вошла в число наиболее читаемых в Journal of Chemical Education.
«Все сразу поняли, что поиск замены был единственно верным выбором», — говорит Райт, ассистент преподавателя вводного курса по органической химии.
Райт вернулся в Дартмут прошлым летом после ухода на пенсию с долгой карьеры химика в Pfizer. Он предложил свою помощь в качестве ассистента преподавателя вводного курса по органической химии, одновременно настраивая лабораторию со своим давним советником, почётным профессором Гордоном Грибблом.
Райт начал использовать DCM в химических лабораториях ещё в старшей школе, и продолжал использовать его, будучи студентом-химиком и ассистентом преподавателя в Дартмуте. Свойства, которые позволяют DCM снимать краску со стен, также делают его эффективным растворителем для растворения соединений и мониторинга реакций. DCM не смешивается с водой и легко испаряется, что упрощает процесс разделения и извлечения соединений. В отличие от многих других растворителей, он не воспламеняется, что делает его привлекательным выбором для учебных лабораторий.
Однако DCM является известным канцерогеном, и EPA пытается постепенно отказаться от его использования в течение многих лет. Хотя более безопасные альтернативы существуют уже некоторое время, химики неохотно переходят на них. «Нетривиально менять растворители для реакций», — говорит Уэлдер. «Вы меняете одно, и часто приходится менять что-то ещё».
«Никто не хочет рисковать своей работой, материалами, временем», — говорит Райт. «Никто не хочет быть первым пингвином в воде».
Прошлой осенью Райт решился на замену по просьбе Уэлдер, которой он помогал в лаборатории летом. Он быстро остановился на этилацетате и MTBE в качестве кандидатов на замену в лабораторных работах по болеутоляющим и зимнезелёному маслу. За четыре дня они с Уэлдер протестировали их в студенческой лаборатории на студенческом оборудовании. Недавно они поделились своими выводами в Journal of Chemical Education.
Студенты Дартмутского колледжа по органической химии в первом семестре используют смесь DCM и щёлочи для выделения и идентификации активных ингредиентов в безрецептурных таблетках от боли — как аспирина, так и анальгетика под названием фенацетин. В следующем семестре они преобразуют аспирин в зимнезелёное масло, отслеживая реакцию методом тонкослойной хроматографии и выделяя синтезированное ими зимнезелёное масло путём экстракции с помощью DCM.
Студенты должны обратить внимание на промежуточное соединение — салициловую кислоту, которая содержится в берёзе и иве и использовалась для облегчения боли на протяжении веков. При приёме внутрь салициловая кислота вызывает боли в желудке; аспирин был изобретён для облегчения её доставки.
«В обеих лабораториях выбор аспирина обусловлен в первую очередь тем, чтобы заинтересовать студентов молекулой, с которой они уже знакомы и которую видели на полках магазинов», — говорит Райт.
Их эксперименты подтвердили, что этилацетат хорошо работает в качестве замены DCM в лаборатории болеутоляющих. Они также обнаружили, что замена более слабой щёлочью, например пищевой содой, вместо щёлочи замедляет некоторые нежелательные побочные реакции настолько, что этап извлечения аспирина становится более лёгким и успешным для студентов.
Их эксперименты подтвердили, что MTBE, близкий родственник этилацетата, соединение, добавляемое в бензин для повышения содержания кислорода и улучшения расхода топлива, лучше всего работает в качестве замены DCM в лаборатории зимнезелёного масла.
Новые растворители были внедрены в учебную лабораторию в этом году, и самым большим изменением для студентов стало время, необходимое для завершения лабораторной работы. Этилацетат и MTBE испаряются дольше из-за их более высоких температур кипения. «Студентам требуется немного больше времени», — говорит Уэлдер. «Им просто нужно дождаться своей очереди, чтобы испарить растворитель на роторном испарителе».
В других местах в Дартмуте исследователи пытаются свести к минимуму использование DCM, следуя новым рекомендациям EPA по вентиляции.
«То, что происходит в студенческих лабораториях, не обязательно должно отражаться в исследовательских лабораториях», — говорит профессор химии Дартмутского колледжа Иван Апрахамиан. «Тем не менее, каждому химическому факультету в стране придётся изменить подход к проведению своих undergraduate organic labs, и эта статья поможет им в этом процессе».
После публикации статьи о DCM Райт приступил к работе над проектом, который он ведёт с Грибблом — попытке синтезировать противораковые соединения, обнаруженные в некоторых видах морских губок. Райт говорит, что он также продолжит документировать замены DCM в других случаях использования.
«Многие люди об этом говорят, но никто не прилагает усилий, чтобы показать, как это сделать, — говорит он. — Без демонстрации люди будут продолжать использовать дихлорметан».