Komunikasi tanpa komunikasi • Alexey Paevsky • Tugas-tugas saintifik yang popular mengenai "Unsur" • Kimia

Komunikasi tanpa komunikasi

Tugas

Di sekolah kami diajar bahawa atom-atom dalam molekul dikaitkan dengan ikatan kimia. Sebagai contoh, kovalen, ionik atau logam. A boleh bahagian molekul untuk melekat bersama tanpa ikatan kimia? Cadangkan reka bentuk mungkin molekul sedemikian.


Petunjuk

Penyelesaian masalah ini, cukup aneh, bukan dalam bidang kimia, melainkan dalam bidang matematik. Dan lebih tepat lagi – geometri dan topologi.


Penyelesaian

Anda boleh membuat beberapa jawapan kepada soalan yang ditimbulkan dalam masalah ini.

Bersama-sama kita berkuasa. Di samping ikatan klasik – kovalen, ionik, logam – terdapat ikatan dan lemah. Sebagai contoh, hidrogen. Tenaga mereka jauh lebih rendah daripada "biasa" dan mereka mudah "memecahkan" pada suhu bilik. Oleh itu, ikatan hidrogen tidak boleh memegang dua bahagian molekul dengan tegas. Benar, ia adalah bon hidrogen yang tepat yang kita berhutang, sebagai contoh, sifat-sifat anomali air, yang mempunyai titik didih yang sangat tinggi.

Tetapi bagaimana jika terdapat banyak sambungan seperti itu? Sudah tentu, untuk molekul ini memerlukan besar … Ya, ia adalah dalam DNA dua rantai disambungkan ke dalam lingkaran ini bon lemah.

Walau bagaimanapun, untuk memegang dua atau lebih bahagian molekul bersama-sama, anda tidak boleh menggunakan sebarang pautan sama sekali. Dan pilihan di sini banyak.

Burung dalam sangkar. Inilah contoh pertama.Sekiranya burung itu terkunci dalam sangkar, maka burung dan sangkar itu tidak akan saling terhubung, tetapi dengan memindahkan sangkar, anda akan menggerakkan burung pada masa yang sama: ia hanya tidak boleh keluar dan bebas daripada batang di sekelilingnya. Bolehkah analogi ini digunakan untuk pembinaan molekul? Ia juga mungkin. Pencari Nobel dalam kimia, Donald Kram, mencipta dan mensintesis jenis baru molekul, yang dipanggil carcarands (lihat Carcerand). Ya, perkataan "sel hukuman" tidak disengajakan di sini. Molekul-molekul ini adalah "sel" sebenar di mana anda boleh mengunci molekul kecil – sebatian organik kecil atau atom gas lengai. Adalah penting bahawa saiz dan bentuk rongga "sangkar" sesuai dengan "burung".

Molekul Nitrobenzene ("burung"), disertakan dalam molekul carcaranda ("sel")

Terdapat juga kompleks yang lebih ringkas dan kurang tahan lama – sebagai contoh, cavitands (lihat Cavitand), dengan rongga terbuka. Tetapi terdapat kompleks kurang stabil.

Kavitand

Dua cincin. Cara lain untuk menyambung bahagian-bahagian molekul secara mekanikal adalah catenans yang dipanggil. Dua pusingan di antara satu sama lain – di sini anda mempunyai catenane yang paling mudah, atau [2] dipanggil. Terdapat [3] catenans dan banyak lagi.

[2] -katenan

Dan molekul, di mana lima cincin disambung, dipanggil … Olympiadan.

Roda pada gandar. Di sini cerita berbeza. Anda boleh mengambil molekul panjang yang akan menjadi paksi, mengambil kitaran yang agak besar – "roda", tekan satu ke yang lain, dan gantung kumpulan besar di pinggir "paksi" yang akan menghalang "roda" dari tergelincir. Di sini anda mempunyai rotaxan (dari kata-kata berputar – "berputar" dan paksi – "paksi").

Rotaxan

Cincin Borromean. Dan di sini topologi bermain. Dari sudut pandangan susunan atom-atom, cincin molekul Borromean tidak berbeza daripada catenan [3]. Hanya dalam cincin Borromean, setiap cincin disambungkan kepada sepasang orang lain (tetapi tidak disambungkan kepada salah satu daripada mereka secara berasingan).

a – [3] -katenan, b – cincin Borromeo


Selepas perkataan

Satu soalan yang munasabah mungkin timbul: mengapa semua ini diperlukan? Nah, ikatan hidrogen, DNA, asas hidup tentu saja. Walau bagaimanapun, semua bahan ini, di mana bahagian-bahagiannya dipegang semata-mata mekanikal – mengapa mereka? Atau adakah ia hanya hasil daripada permainan minda ahli kimia untuk kesenangan mereka sendiri?

Tidak semestinya! Banyak bahan-bahan ini mempunyai aplikasi yang paling langsung dalam amalan. Carrantrades membenarkan, sebagai contoh, mengatur pengangkutan dadah ke tumor atau mengasingkan molekul yang tidak stabil dari "dunia luar" dan mengkajinya.

Rotaxanes adalah unsur masa depan mesin molekul dan nanorobot … Jadi, siapa yang mengatakan bahawa permainan minda adalah buruk? Kompleks yang diarahkan sintesis katenans, rotaxanes, cincin borrom adalah perkembangan kaedah baru sintesis organik, yang kemudian digunakan untuk membuat ubat-ubatan baru dan nanomachine.

Lihat juga:
A. Paevsky "Molekul tanpa ikatan kimia" // Mekanik Popular, No. 6, 2015.


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

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