Байланыссыз байланыс • Алексей Паевский • «Элементтер» бойынша ғылыми-танымал тапсырмалар • Химия

Байланыссыз байланыс

Тапсырма

Мектепте бізге молекулалардың атомдары химиялық байланыстармен байланысты деп үйретілді. Мысалы, ковалентті, иондық немесе металл. A мүмкін молекуланың бөліктері химиялық байланыссыз бір-біріне жабысып тұрады? Ұсын Мұндай молекулалардың ықтимал конструкциялары.


Кеңестер

Бұл мәселені шешуге жеткіліксіз, химия саласында емес, математика саласында. Және дәлірек айтқанда – геометрия және топология.


Шешім

Мәселеге қойылған сұраққа бірнеше жауап бере аласыз.

Біз бірге билік. Классикалық байланыстардан басқа – ковалентті, иондық, металл – байланыс бар және әлсіз. Мысалы, сутегі. Олардың энергиясы «қарапайым» қарағанда әлдеқайда аз және бөлме температурасында оңай «үзіледі». Сондықтан сутегі байланыстары молекулалардың екі бөлігін қатты ұстай алмайды. Әрине, бізде сутегі байланыстары бар, мысалы, өте жоғары қайнау температурасы бар судың ауытқушылық қасиеттері.

Бірақ мұндай байланыстар көп болса не болады? Әрине, молекулаға да бұл үлкен нәрсе керек … Ия, бұл екі тізбектің бұл әлсіз байланыстар арқылы спиральға қосылған ДНҚ-да.

Алайда молекулалардың екі немесе одан да көп бөлігін бірге ұстау үшін ешқандай сілтемелерді мүлдем пайдалана алмайсыз. Мұнда нұсқалар көп.

Қабырғадағы құс. Міне, бірінші мысал.Егер құс торға қойылса, онда құс пен торша бір-біріне қосылмайды, бірақ торды жылжыту арқылы сіз бір мезгілде құсты жылжытасыз: ол жай ғана шығуға және оның айналасындағы шыбықтан тәуелсіз болмауға тиіс. Бұл ұқсастығы молекулалық құрылысқа қолданыла ала ма? Бұл тіпті мүмкін. Химия бойынша Нобель сыйлығының лауреаты Дональд Крам каркаранд деп аталатын молекулалардың жаңа түрін ойлап тапты және синтездеді (Carcerand қараңыз). Иә, мұнда «жазалау жасушасы» сөзі кездейсоқ емес. Бұл молекулалар кішігірім молекуланы – шағын органикалық қосылысты немесе тіпті инертті газ атомды құлыптауға болатын нақты «жасуша» болып табылады. «Торша» қуысының мөлшері мен пішіні «құсқа» сай болу маңызды.

Каркаран молекуласына («жасушалар») енген нитробензол молекуласы («құс»),

Сондай-ақ, қарапайым және аз берік кешендер бар – мысалы, кавитендер (Cavitand қараңыз), ашық қуысы бар. Бірақ тұрақты комплекстер аз.

Кавитанд

Екі сақина. Механикалық түрде молекуланың бөлшектерін механикалық түрде байланыстырудың тағы бір жолы – бұл катенандар. Екі цикл бір-бірінен өтті – мұнда сізде ең қарапайым котенана немесе [2] -крантен бар. [3] катенандар және басқалары бар.

[2] -қатанан

Ал бес сақина байланыстырылған молекула … Олимпиаданың атауы.

Дөңгелектегі дөңгелек. Мұнда әңгіме әртүрлі. Сіз оське айналатын ұзын молекуланы алып, өте үлкен циклды – «дөңгелекті» тартып, бірін екіншісіне сүйреп, «дөңгелектің» сырғып кетуіне жол бермейтін «осьтің» шеттеріне массивті топтарды іліп қоюға болады. Мұнда сізде ротаксан бар (сөздерден айналдырыңыз – «айналдыру» және ось – «ось»).

Ротаксан

Боррондық сақина. Мұнда топология ойынға түседі. Атомдардың қосылыстарының тәртібі тұрғысынан Борроман молекулалық сақиналары [3] котенаннан өзгеше емес. Боррондық сақиналарда тек әрқайсысы басқа жұпқа бекітіледі (бірақ олардың біреуіне жеке-жеке жалғанбайды).

а – [3] -қатынан, б – Борромо сақинасы


Кейінгі сөз

Ақылға қонымды мәселе туындауы мүмкін: неге бұл қажет? Ал, сутегі байланысы, ДНҚ, өмірдің негізі, әрине. Дегенмен, бұл бөліктердің барлығы механикалық тұрғыда ұсталады – неге олар? Немесе бұл тек өздерінің көңіл-күйлері үшін химиялық ойыншылардың ойының нәтижесі ме?

Жоқ! Осы заттардың көпшілігі іс жүзінде тікелей қолдануға ие. Карантраста, мысалы, препаратты тасымалдауды ісікке немесе «сыртқы әлемнен» тұрақсыз молекуланы оқшаулауға және оны зерттеуге мүмкіндік береді.

Rotaxanes – молекулалық машиналар мен нанороботтардың болашақ элементтері … Енді, ақыл ойындары нашар деп кім айтты? Катенандар, ротаксандар, борролды сақиналардың кешенді бағытталған синтезі жаңа дәрілік заттар мен наноматиктерді жасау үшін қолданылатын органикалық синтездің жаңа әдістерін жасау болып табылады.

Сондай-ақ, қараңыз:
А.Паевскийдің «Химиялық байланыстарсыз молекулалар» // «Танымал механика», № 6, 2015.


Like this post? Please share to your friends:
Leave a Reply

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