Bendravimas be bendravimo • Aleksejus Paevskis • Mokslinės-populiarios užduotys "Elementai" • Chemija

Bendravimas be bendravimo

Užduotis

Mokykloje mokėme, kad atomai molekulėse yra susieti su cheminėmis jungtimis. Pavyzdžiui, kovalentinis, joninis arba metalinis. A gali kurios molekulės dalys turi klijuoti kartu be cheminio ryšio? Siūlyti galimų tokių molekulių konstrukcijų.


Užuomina

Paprastai šios problemos sprendimas nėra chemijos srityje, o matematikos srityje. Ir dar tiksliau – geometrija ir topologija.


Sprendimas

Galite pateikti keletą atsakymų į klausimą, pateiktą problemoje.

Kartu mes esame jėga. Be klasikinių ryšių – kovalentinis, joninis, metalas – yra obligacijų ir silpnesni. Pavyzdžiui, vandenilis. Jų energija yra daug mažesnė už "įprastą" ir lengvai "pertraukia" kambario temperatūroje. Todėl vandenilio ryšiai negali tvirtai laikyti dviejų dalių molekulių. Tiesa, būtent vandenilio ryšiai mums yra privalomi, pavyzdžiui, anomalios vandens savybės, turinčios labai aukštą virimo temperatūrą.

Bet kas, jei tokių ryšių yra daug? Žinoma, molekulė taip pat reikalauja didelės šio … Taip, DNR yra tas, kad dvi grandinės yra susietos spiraliu šiais silpniais ryšiais.

Tačiau, norint išlaikyti dvi ar daugiau molekulių dalių, jūs vis tiek negalite naudoti jokių nuorodų. Ir čia yra daug galimybių.

Paukštis narve. Čia yra pirmasis pavyzdys.Jei paukštis yra užrakintas narve, tada paukštis ir narvas nebus prijungiami vienas prie kito, bet judinant narvą tuo pačiu metu pajudinsite paukštį: jame paprasčiausiai neįmanoma išeiti ir būti nepriklausomai nuo juose esančių strypų. Ar gali ši analogija būti taikoma molekulinei konstrukcijai? Tai netgi įmanoma. Nobelio premijos laureatas Donaldas Kramas išrado ir sintezė naują molekulių tipą, vadinamą "Carcarand" (žr. "Carcerand"). Taip, žodis "bausmės langelis" čia nėra atsitiktinis. Šios molekulės yra tikra "ląstelė", į kurią galite užfiksuoti mažą molekulę – mažą organinį junginį ar net inertinių dujų atomą. Svarbu, kad "narvo" ertmės dydis ir forma atitiktų "paukštį".

Nitrobenzolo molekulė ("paukštis"), uždengta carcarandos molekulėje ("ląstelės")

Yra ir paprastesni ir mažiau patvarūs kompleksai – pavyzdžiui, cavitands (žr. Cavitand), su atvira ertmė. Tačiau yra mažiau stabilių kompleksų.

Kavitandas

Du žiedai. Kitas būdas mechaniškai prijungti molekulės dalis mechaniškai yra vadinamosios "catenans". Du ciklai praeina vienas kitą – čia yra paprasčiausias catenane arba [2] -catenan. Yra [3] catenans ir dar daugiau.

[2] -katenanas

Ir molekulė, kurioje yra sujungti penki žiedai, vadinama … olimpiadanu.

Ratas ant ašies. Čia istorija yra kitokia. Jūs galite pasiimti ilgalaikę molekulę, kuri taps ašimi, paimkite gana didelį ciklą – "ratą", stumkite į kitą ir pakabinkite masyvias grupes "ašies" kraštuose, kad būtų išvengta "rato" nuslydimo. Čia turite rotaxan (iš žodžių pasukti – "pasukti" ir ašis – "ašis").

Rotaxan

Boromeo žiedai. Ir čia topologija ateina į žaidimą. Atominių junginių tvarkos požiūriu Boromeo molekuliniai žiedai nesiskiria nuo [3] catenano. Tik "Borromean" žieduose kiekvienas žiedas yra užsikabinęs prie kitų porų (tačiau jis nėra užsikabinęs prie vieno iš jų atskirai).

a – [3] -katenanas, b – žiedas "Borromeo"


Po žodžio

Gali būti pagrįstas klausimas: kodėl visa tai būtina? Na, žinoma, vandenilio ryšys, DNR, gyvenimo pagrindas. Tačiau visos šios medžiagos, kurių dalys yra laikomos grynai mechaniškai – kodėl jos yra? Arba tai tik chemiko proto žaidimas, skirtas savo malonumui?

Jokiu būdu! Dauguma šių medžiagų yra praktiškai taikomos tiesiogiai. Carrantrades leidžia, pavyzdžiui, organizuoti vaisto transportavimą į naviką arba izoliuoti nestabilią molekulę iš "išorinio pasaulio" ir jį ištirti.

Rotaxanes yra būsimieji molekulinių mašinų ir nanorobotų elementai … Na, tada, kas sakė, kad proto žaidimai yra blogi? Kompleksiniai nukreiptų sintezės catenans, rotaksanai, borome žiedai yra naujų organinės sintezės metodų, kurie vėliau naudojami kuriant naujus vaistus ir nanomachines, kūrimas.

Taip pat žiūrėkite:
A. Paevskio "Molekulės be cheminių ryšių" // Populiariosios mechanikos, Nr. 6, 2015.


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

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