Komunikácia bez komunikácie • Alexey Paevsky • Vedecko-populárne úlohy na "prvkoch" • Chémia

Komunikácia bez komunikácie

úloha

V škole sme sa naučili, že atómy molekúl sú spojené chemickými väzbami. Napríklad kovalentné, iónové alebo kovové. či časti molekuly, ktoré sa držia spolu bez chemickej väzby? ponuka možné návrhy takýchto molekúl.


pomôcť

Riešenie tohto problému, dosť zvláštne, nie je v oblasti chémie, ale skôr v oblasti matematiky. A ešte presnejšie – geometria a topológia.


rozhodnutie

Môžete prísť s niekoľkými odpoveďami na otázku položenú v tomto probléme.

Spoločne sme moc. Okrem klasických väzieb – kovalentných, iónových, kovových – sú väzby a slabšie. Napríklad vodík. Ich energia je oveľa menšia ako "obyčajná" a ľahko sa "rozbije" pri izbovej teplote. Preto vodíkové väzby nemôžu pevne držať dve časti molekúl. Je pravda, že práve vodíkové väzby dlhujeme napríklad anomálnymi vlastnosťami vody, ktorá má veľmi vysoký bod varu.

Ale čo keď existuje veľa takýchto spojení? Samozrejme, molekula potrebuje aj veľkú na to … Áno, v DNA je to, že tieto dva reťazce sú spriahnuté týmito slabými článkami.

Aby ste však držali dve alebo viac častí molekúl, nemôžete vôbec používať žiadne odkazy. A možnosti tu sú veľa.

Vták v klietke. Tu je prvý príklad.Ak je vták uzamknutý v klietke, potom vták a klietka nebudú navzájom prepojené, ale pohybom klietky sa súčasne presuniete vták: jednoducho nemá žiadny spôsob, ako sa dostať von a byť nezávislý od prútov, ktoré ho obklopujú. Môže sa táto analógia aplikovať na molekulárnu konštrukciu? Je to dokonca možné. Nobelov laureát v chemii, Donald Kram, vynašiel a syntetizoval nový typ molekúl, ktoré sa nazývajú carcarands (pozri Carcerand). Áno, slovo "trestná bunka" tu nie je náhodou. Tieto molekuly sú skutočnou "bunkou", do ktorej môžete zaistiť malú molekulu – malú organickú zlúčeninu alebo dokonca aj atóm inertného plynu. Je dôležité, aby veľkosť a tvar dutiny "klietky" zodpovedali "vtáku".

Nitrobenzénová molekula ("vták"), uzavretá v molekule carcaranda ("bunky")

Existujú tiež jednoduchšie a menej odolné komplexy – napríklad kavitány (pozri Cavitand) s otvorenou dutinou. Ale existujú menej stabilné komplexy.

kavitand

Dva zvonenia. Ďalším spôsobom, ako mechanicky mechanicky spojiť časti molekuly, je tzv. Catenans. Dva cykly navzájom navzájom spojené – tu máte najjednoduchšie catenane alebo [2] -catenan. Existujú [3] catenans a viac.

[2] -katán

A molekula, v ktorej sú spojené päť kruhov, sa nazýva … Olympiad.

Koleso na náprave. Tu je príbeh iný. Môžete si vziať dlhú molekulu, ktorá sa stane osou, zaujme pomerne veľký cyklus – "koleso", zasunie sa do druhého a zavesí masívne skupiny na okraji "osi", ktoré zabránia skĺznutiu kolesa. Tu máte rotaxan (zo slov striedať – "otáčať" a os – "os").

rotaxane

Borromean krúžky. Tu ide o topológiu. Z hľadiska poradia zlúčenín atómov sa Borroménové molekulové kruhy nelíšia od [3] kateánu. Iba v kruhoch Borromeanu sa každý krúžok zavesí na pár ďalších (ale nie je závislý na jednom z nich individuálne).

a – [3] -katán, b – krúžok Borromeo


Doslov

Môže vzniknúť rozumná otázka: prečo je to všetko potrebné? Nuž, vodíková väzba, DNA, samozrejme základ života. Avšak všetky tieto látky, v ktorých časti sú držané čisto mechanicky – prečo sú? Alebo je to len výsledok myšlienky chemikov pre vlastné potešenie?

V žiadnom prípade! Mnohé z týchto látok majú najpriamejšie uplatnenie v praxi. Carrantrades umožňujú napríklad organizovať prepravu lieku na nádor alebo izolovať nestabilnú molekulu z "vonkajšieho sveta" a študovať ju.

Rotaxány sú budúcimi prvkami molekulárnych strojov a nanorobotov … No, kto povedal, že myšlienkové hry sú zlé? Komplexné riadené syntézy catenanov, rotaxanov, borómových kruhov sú vývojom nových metód organickej syntézy, ktoré sa neskôr využívajú pri tvorbe nových liekov a nanomachin.

Pozri tiež:
A. Paevsky "Molekuly bez chemických väzieb" // Populárna mechanika, č. 6, 2015.


Like this post? Please share to your friends:
Pridaj komentár

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