Лишь после внесения спорыньи в различные фармакопеи в первой половине девятнадцатого века были предприняты первые попытки, выделить её активные вещества. Однако на протяжении последующих ста лет никому из тех исследователей, что анализировали эту проблему, не удалось определить вещества, отвечающие за терапевтическое действие спорыньи. В 1907 англичане Г. Баргер и Ф.Х. Карр стали первыми, кто изолировал активный алкалоидосодержащий препарат, который они назвали эрготоксином, так как он производил больше токсических, чем терапевтических эффектов. (Этот препарат не был однородным, он был скорее смесью алкалоидов, как мне удалось показать спустя тридцать пять лет). Тем не менее, фармаколог Х.Х. Дэйл открыл, что эрготоксин, помимо маточного действия, обладает также антагонизмом к адреналину в автономной нервной системе, что могло привести к терапевтическому использованию алкалоидов спорыньи. Только с изоляцией эрготамина А. Штоллем (как упоминалось ранее) алкалоиды спорыньи нашли применение и стали широко использоваться в терапевтической практике.
Ранние 30-ые стали новой эрой в исследовании спорыньи, начиная с определения химического строения алкалоидов спорыньи, как упоминалось, английскими и американскими лабораториями. Путём химического расщепления сотрудникам нью-йоркского института Рокфеллера В.А. Джакобсу и Л.С. Крэйгу удалось изолировать и описать ядро, общее для всех алкалоидов спорыньи. Они назвали его лизергиновой кислотой. Затем произошло важное открытие, как для химии, так и для медицины: изоляция алкалоида спорыньи, действующего на мускулатуру матки и как кровоостанавливающее средство. Об этом одновременно и практически независимо сообщили четыре источника, включая лабораторию Сандоз. Вещество, алкалоид относительно простого строения, был назван А. Штоллем и Е. Буркхардтом эргобазином (син. эргометрин, эргоновин). Путём химического разложения эргобазина В.А. Джакобс и Л.С. Крэйг получили в качестве продуктов распада лизергиновую кислоту и пропаноламин.
Я поставил себе главной целью синтез этого алкалоида путём химического связывания двух составляющих эргобазина, лизергиновой кислоты и пропаноламида (см. структурные формулы в приложении).
Лизергиновуя кислоту, необходимую для этой работы нужно было получить путём химического расщепления какого-либо другого алкалоида спорыньи. Поскольку только эрготамин был доступен в чистом виде, и уже вырабатывался килограммами в фармацевтическом производственном отделении, я выбрал этот алкалоид в качестве начального материала для своей работы. Я дал запрос на получение 0.5 грамма эрготамина людям, занимавшимся его производством. Когда я прислал бланк внутренней заявки профессору Штоллю на подпись, он появился в моей лаборатории и сделал мне выговор: «Если вы хотите работать с алкалоидами спорыньи, вам следует ознакомиться с методами микрохимии. Я не могу позволить вам потреблять для своих экспериментов такие большие количества моего дорогостоящего эрготамина».
Отдел, производящий спорынью, помимо того, что использовал швейцарскую спорынью для получения эрготамина, также имел дело с португальской спорыньёй, из которой получали некристаллический алкалоидосодержащий препарат, соответствующий упомянутому ранее эрготоксину, впервые изготовленному Баргером и Карром. Я решил использовать этот менее дорогой материал для приготовления лизергиновой кислоты. Алкалоид, полученный производственным отделом, приходилось очищать дальше, прежде чем он становился пригоден для расщепления до лизергиновой кислоты. Наблюдения, сделанные в процессе очистки, навели меня на мысль, что эрготоксин мог оказаться скорее смесью нескольких алкалоидов, нежели однородным алкалоидом. Я расскажу позже о далеко зашедших последствиях этих наблюдений.
Здесь я должен ненадолго отвлечься, чтобы описать условия работы и технологии, существовавшие в те дни. Эти заметки могут быть интересны современному поколению химиков-исследователей, которые знакомы со значительно лучшими условиями.
Мы были очень экономны. Личные лаборатории считались редкой расточительностью. На протяжении моих первых шести лет работы в Сандоз, я разделял лабораторию с двумя коллегами. Мы, трое химиков, плюс ассистент у каждого, работали в одном и том же помещении в трёх различных направлениях: Др. Крайсс над сердечными гликозидами; Др. Видеманн, который устроился в Сандоз примерно в то же время, что и я, над хлорофиллом – пигментом листьев; и, наконец, я над алкалоидами спорыньи. Лаборатория была оборудована двумя вытяжными шкафами (отсек снабжённый отдушиной), с малоэффективной вентиляцией при помощи газовой горелки. Когда мы попросили оборудовать эти шкафы вентиляторами, наш шеф отказался, мотивируя это тем, что вентиляция на газовых горелках удовлетворяла лабораторию Вильштеттера.
Во время последних лет Первой Мировой войны в Берлине и Мюнхене профессор Штолль был ассистентом всемирно известного химика и лауреата Нобелевской премии профессора Рихарда Вильштеттера, и вместе с ним вёл фундаментальные исследования хлорофилла и усвоения двуокиси углерода. Не было такой научной дискуссии с профессором Штоллем, где бы он ни упоминал своего обожаемого учителя профессора Вильштеттера и свою работу у него в лаборатории.
Методы работы, доступные для химиков-органиков в то время (начало тридцатых) по существу оставались теми же, что применялись при Юстусе фон Либиге сто лет назад. Наиболее важным достижением с тех пор было изобретение Б. Преглем микроанализа, который сделал возможным устанавливать строение соединений всего по нескольким миллиграммам образца, в то время как раньше были необходимы несколько сотых грамма. Ни одного из тех физико-химических методов, что находятся в распоряжении сегодняшней химии – методов, которые изменили образ её работы, сделав её более быстрой и эффективной, и создавших абсолютно новые возможности, прежде всего в сфере определения строения вещества – просто ещё не существовало в те дни.
Для исследования гликозидов морского лука и первых работ над спорыньёй, я все ещё пользовался старыми способами разделения и очистки времён Либига: частичной экстракцией, частичным осаждением, частичной кристаллизацией и им подобными. Изобретение хроматографии на колонке, первый важный шаг к современным лабораторным методам, приобрёл для меня большое значение лишь в более поздних исследованиях. Для определения строения вещества, которое сегодня быстро и элегантно осуществляется с помощью методов спектроскопии (ультрафиолетовой, инфракрасной, рентгеновской) и рентгенокристаллографии, в первых фундаментальных исследованиях спорыньи нам приходилось полностью полагаться на старые лабораторные методы химического разложения и дериватизации.
Лизергиновая кислота оказалась весьма нестойким веществом, и связывание её с основными радикалами вызывало трудности. В конце концов, я нашёл способ – метод, известный как синтез Курциуса – работавший для соединения лизергиновой кислоты с аминами. Этой методикой я получил большое число соединений лизергиновой кислоты. Соединяя лизергиновую кислоту с пропаноламином, я получил вещество идентичное натуральному алкалоиду спорыньи – эргобазину. Этим впервые был совершён лабораторный синтез алкалоида спорыньи. В этом был не только научный интерес в плане подтверждения химического строения эргобазина, но практическое значение, поскольку эргобазин, вещество с характерным маточным и кровоостанавливающим действием, присутствует в спорынье лишь в незначительных количествах. С помощью этого синтеза другие алкалоиды, присутствующие в больших количествах в спорынье, можно превращать в эргобазин, ценное средство, применяемое в акушерстве.
После первых успехов со спорыньёй, мои исследования продолжились в двух направлениях. Во-первых, я пытался улучшить фармакологические свойства эргобазина, изменяя его амино-спиртовой радикал. Мой коллега доктор И. Пейер и я разработали процесс экономичного производства пропаноламина и других аминоспиртов. В действительности, замещая пропаноламин, содержащийся в эргобазине другим аминоспиртом – бутаноламином, было получено активное вещество, даже превосходившее натуральный алкалоид по терапевтическим свойствам. Этот улучшенный эргобазин нашёл мировое применение в качестве надёжного стимулятора мускулатуры матки и кровоостанавливающего средства под торговой маркой «Метергин»; он и сегодня является передовым лекарственным препаратом для этих показаний в акушерстве.