Komunikācija bez komunikācijas • Aleksejs Paevsky • Zinātniski-populāri uzdevumi "Elementi" • Ķīmija

Komunikācija bez komunikācijas

Uzdevums

Skolā mēs mācījām, ka molekulā esošie atomi ir saistīti ar ķīmiskām saitēm. Piemēram, kovalentu, jonu vai metālisku. A var molekulas daļas, kas saskaras bez ķīmiskās saites? Ieteikt iespējamās šādu molekulu konstrukcijas.


Padoms

Parasti šīs problēmas risinājums ķīmijas jomā nav diezgan matemātikas jomā. Un vēl precīzāk – ģeometrija un topoloģija.


Šķīdums

Jūs varat nākt klajā ar vairākām atbildēm uz jautājumu, kas radās problēma.

Kopā mēs esam spēki. Papildus klasiskajām saitēm – kovalentu, jonu, metālu – ir obligācijas un vājākas. Piemēram, ūdeņradis. Viņu enerģija ir daudz mazāka nekā "parasta", un tie viegli "pārtraukti" istabas temperatūrā. Tādēļ ūdeņraža saites nevar stabilizēt divas molekulu daļas. Taisnība, tieši tā ir ūdeņraža saites, kuras mums ir jāmaksā, piemēram, ūdens anomālajām īpašībām, kurām ir ļoti augsts viršanas temperatūras rādītājs.

Bet kas tad, ja ir daudz šādu savienojumu? Protams, šim molekulam vajag arī lielu … Jā, DNS ir tāda, ka šīs divas ķēdes ir savienotas spirālē ar šīm vājām saitēm.

Tomēr, lai kopā divas vai vairāk molekulu daļas, jūs vispār nevarat izmantot nekādas saites. Un šeit ir daudz iespēju.

Putns būrī. Šeit ir pirmais piemērs.Ja putns ir bloķēts būrī, tad putns un būris netiks savienoti viens ar otru, bet, pārvietojot būri, jūs vienlaikus pārvietosiet putnu: tam vienkārši nav iespējams izkļūt un būt neatkarīgam no apkārt esošajiem stumbriem. Vai šo analoģiju var pielietot molekulu konstrukcijai? Tas ir pat iespējams. Nobela premjerministra laureāts Donalds Krams izgudroja un sintezēja jaunu tipa molekulas, kuras sauc par carcarands (skat. Carcerand). Jā, vārds "soda šūna" šeit nav nejaušs. Šīs molekulas ir īsta "šūna", kurā jūs varat bloķēt nelielu molekulu – nelielu organisko savienojumu vai pat inerto gāzu atomu. Ir svarīgi, lai "būris" dobumā izmērs un forma sakristu ar "putnu".

Nitrobenzola molekula ("putns"), kas ietverta carcaranda molekulā ("šūnas")

Ir arī vienkāršāki un mazāk izturīgi kompleksi – piemēram, cavitands (skatīt Cavitand) ar atvērtu dobumu. Bet ir mazāk stabili kompleksi.

Kavitand

Divi gredzeni Vēl viens veids, kā mehāniski savienot molekulas daļas mehāniski, ir ts catenāns. Divi cikli iziet cauri otrai – šeit ir vienkāršākais catenane vai [2] -catenan. Ir [3] catenans un vairāk.

[2] -katenāns

Un molekula, kurā ir savienoti pieci gredzeni, sauca … olimpiāde.

Ritenis uz ass. Šeit stāsts ir atšķirīgs. Jūs varat uzņemt ilgu molekulu, kas kļūs par asi, uzņemsiet diezgan lielu ciklu – "riteni", nospiediet vienu otru un pakārtot masīvām grupām uz "asu" malām, kas novērš "ritenīša" slīdēšanu. Šeit tev ir rotaksāns (no vārdiem pagriezt – "pagriezt" un ass – "ass")

Rotaxan

Borromeāna gredzeni. Un šeit topoloģija stājas spēlē. No atomu savienojumu secības Borromean molekulārie gredzeni neatšķiras no [3] katenāna. Tikai Borromean gredzenos katrs gredzens tiek pievienots pārējiem pārējiem (bet tas nav līks viens no viņiem atsevišķi).

a – [3] -kantāns, b – gredzens Borromeo


Pēcvārds

Var rasties saprātīgs jautājums: kāpēc tas viss ir nepieciešams? Nu, protams, arī ūdeņraža saite, DNS, dzīves pamats. Tomēr visas šīs vielas, kurās detaļas tiek turētas tikai mehāniski – kāpēc tās ir? Vai arī tas ir tikai ķīmiķu prāta spēles rezultāts viņu pašu baudai?

Nekādā ziņā! Daudzas no šīm vielām ir vistiešāk piemērotas praksē. Carrantrades ļauj, piemēram, organizēt zāļu transportēšanu uz audzēju vai izolēt nestabilu molekulu no "ārpasaules" un to izpētīt.

Rotaksāni ir molekulāro mašīnu un nanorobotu nākotnes elementi … Tātad, kas teica, ka prāta spēles ir sliktas? Komplicēti nukleīnskābju, rotaksānu un boromu gredzenu sintēzes ir jaunu organisko sintēzes metožu izstrāde, kuras vēlāk tiek izmantotas, lai radītu jaunas zāles un nanomachines.

Skatīt arī:
A. Paevsky "Molekulas bez ķīmiskām saitēm" // Populārā mehānika, Nr. 6, 2015.


Like this post? Please share to your friends:
Atbildēt

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: