एक प्रणाली में एक कण की क्वांटम स्थिति की अवधारणा उन मामलों में मान्य होती है जहां बातचीत होती है। कणों के बीच एक निश्चित प्रभावी क्षेत्र द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है, और प्रत्येक कण को एक व्यक्तिगत सेट द्वारा विशेषता दी जा सकती है क्वांटम संख्याएं; बातचीत की प्रणाली पर सख्त विचार के साथ। कण, संपूर्ण प्रणाली की केवल क्वांटम अवस्थाएँ होती हैं। एक-कण सन्निकटन आत्म-संगति विधि को रेखांकित करता है। क्षेत्र (हार्ट्री-फॉक विधि; आणविक कक्षीय विधियों को देखें), परमाणु और घाट के सिद्धांत में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। स्पेक्ट्रा, क्वांटम सिद्धांतरसायन कनेक्शन, परमाणु और नाभिक आदि के शेल मॉडल का वर्णन करते समय।
एक-कण सन्निकटन के ढांचे के भीतर पाउली सिद्धांत आवधिक को प्रमाणित करना संभव बनाता है रसायन प्रणाली। डी. आई. मेंडलीफ के तत्व, क्योंकि एक अवस्था में केवल एक इलेक्ट्रॉन की उपस्थिति भरने के क्रम की व्याख्या करती है इलेक्ट्रॉन के गोलेऔर इस क्रम से जुड़े तत्वों में सेंट की आवधिकता। मैक्स। मुख्य क्वांटम संख्या n के साथ खोल में इलेक्ट्रॉनों की संख्या, पाउली सिद्धांत के अनुसार, डीकंप की संख्या से निर्धारित होती है। क्वांटम संख्या एल, एमएल, और एमएस के सेट, यानी 2(2l + 1) = 2n2 के बराबर। यहां से, इलेक्ट्रॉन कोशों की भरने की संख्या कोश संख्या के आरोही क्रम में प्राप्त की जाती है: 2, 8, 18, 32 ... एक परमाणु के समतुल्य इलेक्ट्रॉनों के लिए, अर्थात समान n और l वाले इलेक्ट्रॉनों के लिए, पाउली के कारण सिद्धांत संभावित राज्य, लेकिन केवल वे जो एमएल या एमएस में भिन्न होते हैं। विशेष रूप से, के लिए इलेक्ट्रोनिक विन्यास(पीआर)2 गति की संख्या के क्षणों के वेक्टर जोड़ का नियम छह शब्द देता है: 1.3 एस, 1.3 पी 1.3 डी, जिनमें से केवल तीन की अनुमति है: 1 एस, 3 पी और 1 डी, क्योंकि शेष तीन शर्तों के लिए क्वांटम सेट करता है दो इलेक्ट्रॉनों की संख्या समान होती है। अनुमति मिलने पर पाउली सिद्धांत के लिए लेखांकन भी आवश्यक है इलेक्ट्रॉनिक राज्यअणु और मोल। परिसरों पाउली सिद्धांत नींव निभाता है। ठोस के क्वांटम सिद्धांत में भूमिका, सिद्धांत परमाणु प्रतिक्रियाऔर प्राथमिक कणों के बीच p-tions।
16 आवधिक कानून का अर्थ।तत्वों की आवधिक प्रणाली रसायन विज्ञान में सबसे मूल्यवान सामान्यीकरणों में से एक थी। यह, जैसा कि था, सभी तत्वों के रसायन विज्ञान का सारांश है, एक ग्राफ जिसके द्वारा आप तत्वों और उनके यौगिकों के गुणों को पढ़ सकते हैं। प्रणाली ने स्थिति, परिमाण को स्पष्ट करना संभव बना दिया परमाणु द्रव्यमान, कुछ तत्वों का संयोजकता मान। तालिका के आधार पर, अभी तक खोजे नहीं गए तत्वों के अस्तित्व और गुणों की भविष्यवाणी करना संभव था। मेंडेलीव ने उस समय खोजे नहीं गए तत्वों के गुणों की भविष्यवाणी की और उनका वर्णन किया, जिसे उन्होंने एकबोर (स्कैंडियम), एकालुमिनियम (गैलियम), एकसिलिकॉन (जर्मेनियम) कहा। मेंडेलीव ने सूत्रबद्ध किया आवधिक कानूनऔर इसके चित्रमय प्रतिनिधित्व का प्रस्ताव रखा, लेकिन उस समय आवधिकता की प्रकृति को निर्धारित करना असंभव था। गुणों और उनके यौगिकों में परिवर्तन की आवधिकता का कारण सामने नहीं आया था।आवर्त नियम का अर्थ बाद में पता चला, परमाणु की संरचना पर खोजों के संबंध में।
परमाणु की संरचना का सिद्धांत
एक परमाणु एक विद्युत रूप से तटस्थ कण होता है जिसमें एक धनात्मक आवेशित नाभिक और ऋणात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रॉन होते हैं।
परमाणु नाभिक की संरचना
परमाणुओं के नाभिक में दो प्रकार के प्राथमिक कण होते हैं: प्रोटॉन (पी) और न्यूट्रॉन (एन)। एक परमाणु के नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के योग को न्यूक्लियॉन संख्या कहा जाता है: जहां ए न्यूक्लियॉन संख्या है, एन न्यूट्रॉन की संख्या है, जेड प्रोटॉन की संख्या है।
प्रोटॉन का धनात्मक आवेश (1), न्यूट्रॉन का कोई आवेश (0) नहीं होता है, इलेक्ट्रॉनों का ऋणात्मक आवेश (-1) होता है। एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन के द्रव्यमान लगभग समान होते हैं, उन्हें 1 के बराबर लिया जाता है। एक इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान एक प्रोटॉन के द्रव्यमान से बहुत कम होता है, इसलिए रसायन विज्ञान में इसकी उपेक्षा की जाती है, यह देखते हुए कि एक परमाणु का संपूर्ण द्रव्यमान अपने नाभिक में केंद्रित है। नाभिक में धनावेशित प्रोटॉनों की संख्या ऋणावेशित इलेक्ट्रॉनों की संख्या के बराबर होती है, अर्थात परमाणु विद्युत रूप से उदासीन होता है। समान परमाणु आवेश वाले परमाणु एक रासायनिक तत्व बनाते हैं। विभिन्न तत्वों के परमाणुओं को न्यूक्लाइड कहा जाता है।
17.
एक रासायनिक बंधन इलेक्ट्रॉनों के आदान-प्रदान द्वारा किए गए दो परमाणुओं की बातचीत है। जब एक रासायनिक बंधन बनता है, तो परमाणु निकटतम अक्रिय गैस परमाणु की संरचना के अनुरूप एक स्थिर आठ-इलेक्ट्रॉन (या दो-इलेक्ट्रॉन) बाहरी आवरण प्राप्त करते हैं। निम्नलिखित प्रकार के रासायनिक बंधन प्रतिष्ठित हैं: सहसंयोजक (ध्रुवीय और गैर-ध्रुवीय; विनिमय और दाता-स्वीकर्ता), आयनिक, हाइड्रोजन और धातु।
18. सहसंयोजक बंधन- अधिकांश सामान्य फ़ॉर्मरासायनिक बंधन जो एक विनिमय तंत्र के माध्यम से एक इलेक्ट्रॉन जोड़ी के समाजीकरण के कारण होता है, जब प्रत्येक परस्पर क्रिया करने वाले परमाणु एक इलेक्ट्रॉन की आपूर्ति करते हैं, या एक दाता-स्वीकर्ता तंत्र के माध्यम से, यदि इलेक्ट्रॉन जोड़ीएक परमाणु (दाता) के दूसरे परमाणु (स्वीकर्ता) के सामान्य उपयोग में स्थानांतरित
एक गैर-ध्रुवीय सहसंयोजक बंधन का एक उत्कृष्ट उदाहरण होमोन्यूक्लियर अणुओं में देखा जाता है: एच-एच, एफ-एफ। दो-इलेक्ट्रॉन दो-केंद्र बंधन की ऊर्जा 200-2000 kJ∙mol-1 की सीमा में होती है।
जब एक विषम परमाणु सहसंयोजक बंधन बनता है, तो इलेक्ट्रॉन जोड़ी एक अधिक विद्युतीय परमाणु में स्थानांतरित हो जाती है, जो इस तरह के बंधन को ध्रुवीय बनाती है। प्रतिशत में ध्रुवीय बंधन की आयनिकता की गणना अनुभवजन्य संबंध 16 (χA - χB) + 3.5 (χA - χB) 2 द्वारा की जाती है, जहां A और B एबी अणु के ए और बी परमाणुओं की इलेक्ट्रोनगेटिविटी हैं। ध्रुवीकरण के अलावा, एक सहसंयोजक बंधन में संतृप्ति की संपत्ति होती है - एक परमाणु की क्षमता कई सहसंयोजक बंधन बनाने के लिए होती है क्योंकि इसमें ऊर्जावान रूप से उपलब्ध परमाणु कक्षाएँ होती हैं।सहसंयोजक बंधन के विशिष्ट गुण - दिशात्मकता, संतृप्ति, ध्रुवता, ध्रुवीकरण - यौगिकों के रासायनिक और भौतिक गुणों को निर्धारित करते हैं।
बंधन की दिशा पदार्थ की आणविक संरचना और उनके अणु के ज्यामितीय आकार के कारण होती है। दो बंधों के बीच के कोणों को बंध कोण कहते हैं।
संतृप्ति - परमाणुओं की सीमित संख्या में सहसंयोजक बंध बनाने की क्षमता। किसी परमाणु द्वारा बनने वाले बंधों की संख्या उसके बाहरी परमाणु कक्षकों की संख्या से सीमित होती है।
बंधन की ध्रुवीयता परमाणुओं की इलेक्ट्रोनगेटिविटी में अंतर के कारण इलेक्ट्रॉन घनत्व के असमान वितरण के कारण होती है। इस आधार पर, सहसंयोजक बंधों को गैर-ध्रुवीय और ध्रुवीय में विभाजित किया जाता है।
एक बंधन की ध्रुवीकरण एक बाहरी विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में बंधन इलेक्ट्रॉनों के विस्थापन में व्यक्त की जाती है, जिसमें एक अन्य प्रतिक्रियाशील कण भी शामिल है। ध्रुवीकरण इलेक्ट्रॉन गतिशीलता द्वारा निर्धारित किया जाता है। सहसंयोजक बंधों की ध्रुवता और ध्रुवता निर्धारित करती है जेटध्रुवीय अभिकर्मकों के संबंध में अणु।
19. आयनिक बंधन – विशेष मामलासहसंयोजक, जब गठित इलेक्ट्रॉन जोड़ी पूरी तरह से अधिक विद्युतीय परमाणु से संबंधित होती है, जो एक आयन बन जाती है। इस बंधन को एक अलग प्रकार में अलग करने का आधार यह तथ्य है कि सकारात्मक और नकारात्मक आयनों के आकर्षण के कारण आयनिक बंधन को देखते हुए, इस तरह के बंधन वाले यौगिकों को इलेक्ट्रोस्टैटिक सन्निकटन में वर्णित किया जा सकता है। विपरीत चिन्ह के आयनों की परस्पर क्रिया दिशा पर निर्भर नहीं करती है, और कूलम्ब बलों में संतृप्ति का गुण नहीं होता है। इसलिए, एक आयनिक यौगिक में प्रत्येक आयन विपरीत संकेत के इतने आयनों को आकर्षित करता है कि एक क्रिस्टल जाली का निर्माण होता है आयन प्रकार. आयनिक क्रिस्टल में कोई अणु नहीं होते हैं। प्रत्येक आयन एक अलग चिन्ह (आयन की समन्वय संख्या) के एक निश्चित संख्या में आयनों से घिरा होता है। आयन जोड़े मौजूद हो सकते हैं गैसीय अवस्थाध्रुवीय अणुओं के रूप में। गैसीय अवस्था में, NaCl है द्विध्रुव आघूर्ण~3∙10–29 C∙m, जो Na से Cl, यानी Na0.8+Cl0.8– में 0.236 एनएम की प्रति बॉन्ड लंबाई 0.8 इलेक्ट्रॉन चार्ज की शिफ्ट के अनुरूप है।इलेक्ट्रोनगेटिविटी (χ) एक परमाणु की एक मौलिक रासायनिक संपत्ति है, एक अणु में एक परमाणु की क्षमता की एक मात्रात्मक विशेषता आम इलेक्ट्रॉन जोड़े को अपनी ओर विस्थापित करती है।
परमाणुओं की वैद्युतीयऋणात्मकता की आधुनिक अवधारणा अमेरिकी रसायनज्ञ एल. पॉलिंग द्वारा प्रस्तुत की गई थी। एल. पॉलिंग ने इलेक्ट्रोनगेटिविटी की अवधारणा का इस्तेमाल इस तथ्य को समझाने के लिए किया कि ए-बी हेटेरोआटोमिक बॉन्ड (ए, बी किसी भी रासायनिक तत्वों के प्रतीक हैं) की ऊर्जा में सामान्य मामलासम-परमाणु बंधों A-A और B-B के ज्यामितीय माध्य से अधिक।
वर्तमान में, परमाणुओं की इलेक्ट्रोनगेटिविटी को निर्धारित करने के लिए कई अलग-अलग तरीके हैं, जिनके परिणाम अपेक्षाकृत छोटे अंतरों को छोड़कर, एक दूसरे के साथ अच्छे समझौते में हैं, और किसी भी मामले में आंतरिक रूप से सुसंगत हैं।
धातु कनेक्शनवैलेंस इलेक्ट्रॉनों के आंशिक निरूपण के परिणामस्वरूप उत्पन्न होता है, जो धातुओं की जाली में काफी स्वतंत्र रूप से चलते हैं, सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयनों के साथ इलेक्ट्रोस्टैटिक रूप से बातचीत करते हैं। संबंध बल स्थानीयकृत और निर्देशित नहीं होते हैं, और निरूपित इलेक्ट्रॉन उच्च तापीय और विद्युत चालकता का कारण बनते हैं।
हाइड्रोजन बंध।इसका गठन इस तथ्य के कारण है कि एक इलेक्ट्रॉन जोड़े के एक इलेक्ट्रोनगेटिव परमाणु के एक मजबूत विस्थापन के परिणामस्वरूप, एक प्रभावी सकारात्मक चार्ज वाला हाइड्रोजन परमाणु दूसरे इलेक्ट्रोनगेटिव परमाणु (एफ, ओ, एन, कम अक्सर सीएल, ब्र) के साथ बातचीत कर सकता है। , एस)। इस तरह के इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन की ऊर्जा 20-100 kJ∙mol-1 है। हाइड्रोजन बांड इंट्रा- और इंटरमॉलिक्युलर हो सकते हैं। एक इंट्रामोल्युलर हाइड्रोजन बॉन्ड बनता है, उदाहरण के लिए, एसिटाइलैसटोन में और रिंग क्लोजर के साथ होता है।
20. रसायन विज्ञान में "संकरण" की अवधारणा को अमेरिकी रसायनज्ञ लिनुस पॉलिंग ने मीथेन जैसे अणुओं की संरचना की व्याख्या करने के लिए प्रस्तावित किया था।
ऐतिहासिक रूप से, इसका उपयोग केवल साधारण अणुओं के लिए किया जाता था, लेकिन बाद में इसे अधिक जटिल अणुओं तक बढ़ा दिया गया। आणविक ऑर्बिटल्स के सिद्धांत के विपरीत, यह सख्ती से मात्रात्मक नहीं है, उदाहरण के लिए, यह पानी जैसे सरल अणुओं के भी फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रा की भविष्यवाणी करने में सक्षम नहीं है। इसलिए, वर्तमान में इसका उपयोग मुख्य रूप से शैक्षणिक उद्देश्यों और सिंथेटिक कार्बनिक रसायन विज्ञान में किया जाता है।
संकरण के तीन प्रकार हैं:
सपा संकरण
एक s- और एक p-कक्षकों को मिलाने पर होता है। दो समतुल्य sp-परमाणु कक्षक बनते हैं, जो 180 डिग्री के कोण पर रैखिक रूप से स्थित होते हैं और कार्बन परमाणु के नाभिक से अलग-अलग दिशाओं में निर्देशित होते हैं। शेष दो गैर-हाइब्रिड पी-ऑर्बिटल्स परस्पर लंबवत विमानों में स्थित हैं और 0-बॉन्ड के निर्माण में भाग लेते हैं, या इलेक्ट्रॉनों के अकेले जोड़े द्वारा कब्जा कर लिया जाता है, लंबाई 0.120 एनएम है।
Sp² संकरण
एक s- और दो p-कक्षकों को मिलाने पर होता है। एक ही तल में स्थित कुल्हाड़ियों के साथ तीन संकर कक्षक बनते हैं और 120 डिग्री के कोण पर त्रिभुज के शीर्षों की ओर निर्देशित होते हैं। गैर-हाइब्रिड पी परमाणु कक्षीयविमान के लंबवत है और, एक नियम के रूप में, 0 के गठन में भाग लेता है; -बॉन्ड, लंबाई 0.134 एनएम है।
Sp³ संकरण
एक s- और तीन p-कक्षकों को मिलाने पर होता है। चार समान कक्षक उत्पन्न होते हैं, जो एक दूसरे के सापेक्ष 109° 28' (109.47°), लंबाई 0.154 nm के चतुष्फलकीय कोणों पर स्थित होते हैं।आणविक कक्षीय विधिइस तथ्य से आगे बढ़ता है कि प्रत्येक आणविक कक्षीय को परमाणु कक्षकों के बीजगणितीय योग (रैखिक संयोजन) के रूप में दर्शाया जाता है। उदाहरण के लिए, एक हाइड्रोजन अणु में, दो हाइड्रोजन परमाणुओं के केवल 1s परमाणु ऑर्बिटल्स MO के निर्माण में भाग ले सकते हैं, जो दो MO देते हैं, जो परमाणु ऑर्बिटल्स 1s1 और 1s2 का योग और अंतर है - MO± = C11s1 ±C21s2।
21.
एक धातु बंधन धातु के क्रिस्टल में सकारात्मक आयनों के बीच एक बंधन है, जो क्रिस्टल के माध्यम से स्वतंत्र रूप से घूमने वाले इलेक्ट्रॉनों के आकर्षण द्वारा किया जाता है। आवधिक प्रणाली में स्थिति के अनुसार, धातु परमाणुओं में कम संख्या में वैलेंस इलेक्ट्रॉन होते हैं। ये इलेक्ट्रॉन अपने नाभिक से कमजोर रूप से बंधे होते हैं और आसानी से उनसे अलग हो सकते हैं। नतीजतन, धातु के क्रिस्टल जाली में सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयन और मुक्त इलेक्ट्रॉन दिखाई देते हैं। इसलिए, धातुओं के क्रिस्टल जाली में इलेक्ट्रॉनों की आवाजाही की अधिक स्वतंत्रता होती है: कुछ परमाणु अपने इलेक्ट्रॉनों को खो देंगे, और परिणामस्वरूप आयन इन इलेक्ट्रॉनों को "इलेक्ट्रॉन गैस" से ले सकते हैं। नतीजतन, धातु क्रिस्टल जाली के कुछ पदों में स्थानीयकृत सकारात्मक आयनों की एक श्रृंखला है, और बड़ी संख्या में इलेक्ट्रॉन जो सकारात्मक केंद्रों के क्षेत्र में अपेक्षाकृत स्वतंत्र रूप से चलते हैं। यह धात्विक बंधों और सहसंयोजक बंधों के बीच एक महत्वपूर्ण अंतर है, जिनका अंतरिक्ष में सख्त अभिविन्यास होता है।
एक धातु बंधन एक सहसंयोजक बंधन से भी ताकत में भिन्न होता है: इसकी ऊर्जा सहसंयोजक बंधन की ऊर्जा से 3-4 गुना कम होती है।
बॉन्ड एनर्जी - किसी पदार्थ के एक मोल को बनाने वाले सभी अणुओं में एक रासायनिक बंधन को तोड़ने के लिए आवश्यक ऊर्जा। सहसंयोजक और आयनिक बंधों की ऊर्जा आमतौर पर अधिक होती है और 100-800 kJ/mol के क्रम पर होती है।
22. हाइड्रोजन बांड (एच-बॉन्ड) - प्रतिक्रियाशील समूहों के बीच एक विशेष प्रकार की बातचीत, जबकि समूहों में से एक में इस तरह की बातचीत के लिए हाइड्रोजन परमाणु होता है। हाइड्रोजन बॉन्डिंग एक वैश्विक घटना है जिसमें सभी रसायन शामिल हैं। सामान्य रासायनिक बंधों के विपरीत, एच-बांड लक्षित संश्लेषण के परिणामस्वरूप प्रकट नहीं होता है, लेकिन उपयुक्त परिस्थितियों में स्वयं उत्पन्न होता है और इंटरमॉलिक्युलर या इंट्रामोल्युलर इंटरैक्शन के रूप में खुद को प्रकट करता है।हाइड्रोजन बांड की विशेषताएं। विशेष फ़ीचरहाइड्रोजन बांड - अपेक्षाकृत कम ताकत, इसकी ऊर्जा एक रासायनिक बंधन की ऊर्जा से 5-10 गुना कम है। ऊर्जा के संदर्भ में, यह रासायनिक बंधों और वैन डेर वाल्स इंटरैक्शन के बीच एक मध्यवर्ती स्थिति रखता है, जो एक ठोस या तरल चरण में अणुओं को धारण करते हैं।एच-बॉन्ड के निर्माण में, बंधन में शामिल परमाणुओं की इलेक्ट्रोनगेटिविटी द्वारा निर्णायक भूमिका निभाई जाती है - परमाणु से एक रासायनिक बंधन के इलेक्ट्रॉनों को खींचने की क्षमता - इस बंधन में शामिल एक साथी। नतीजतन, एक आंशिक नकारात्मक चार्ज d- परमाणु A पर बढ़ी हुई इलेक्ट्रोनगेटिविटी के साथ उत्पन्न होता है, और एक सकारात्मक d+ पार्टनर परमाणु पर दिखाई देता है, रसायनिक बंधइस मामले में, यह ध्रुवीकरण करता है: Ad--Hd+।
संक्षिप्त वर्णन
खनिज मैक्रो- और सूक्ष्म उर्वरकों का उत्पादन, साथ ही साथ फॉस्फेट फ़ीड। मिट्टी की संरचना में सुधार के लिए चूना, जिप्सम और अन्य पदार्थों का प्रयोग। रासायनिक पौध संरक्षण उत्पादों का उपयोग: शाकनाशी, जूसाइड और कीटनाशक, आदि। फसल उत्पादन में पौधों की वृद्धि और फलने वाले उत्तेजक पदार्थों का उपयोग। पर्यावरण के अनुकूल कृषि उत्पादों को उगाने के तरीकों का विकास। वृद्धि उत्तेजकों, विशेष आहार योज्यों की सहायता से पशुओं की उत्पादकता में वृद्धि करना। के लिए बहुलक सामग्री का उत्पादन और अनुप्रयोग कृषि. कृषि में प्रयुक्त छोटे पैमाने के मशीनीकरण के लिए सामग्री का उत्पादन। कृषि के रासायनिककरण का मुख्य लक्ष्य उत्पादन की वृद्धि सुनिश्चित करना, गुणवत्ता में सुधार करना और कृषि उत्पादों के शेल्फ जीवन का विस्तार करना, खेती और पशुपालन की दक्षता में वृद्धि करना है। कीटों, खरपतवारों और बीमारियों से निपटने के लिए हमारे देश में सालाना 500 हजार टन से अधिक कीटनाशकों का उत्पादन होता है। उनका उपयोग आपको प्रति वर्ष सैकड़ों हजारों टन फसलों को बचाने की अनुमति देता है।
सुपरमॉलेक्यूलर केमिस्ट्री
सुपरमॉलेक्यूलर केमिस्ट्री नामक विज्ञान के क्षेत्र के विकास का विश्लेषण किया जाता है। इस अनुशासन की मुख्य परिभाषाएँ और अवधारणाएँ दी गई हैं। एक ऐतिहासिक संदर्भ में, सुपरमॉलेक्यूलर रसायन विज्ञान की नींव रखने वाले अध्ययनों पर विचार किया जाता है। इसकी कुछ विशिष्ट वस्तुओं, क्लैथ्रेट्स और साइक्लोडेक्सट्रिन के उदाहरण दिए गए हैं। यह ध्यान दिया जाता है कि सुपरमॉलेक्यूलर रसायन विज्ञान में नवीनतम उपलब्धियां और इसके उपयोग के सबसे आशाजनक क्षेत्र स्व-असेंबली और स्व-संगठन की प्रक्रियाओं से जुड़े हैं, जो विशेष रूप से, सुपरमॉलेक्यूलर संश्लेषण और आणविक और सुपरमॉलेक्यूलर के निर्माण में लागू किया जा सकता है। उपकरण।
सुपरमॉलेक्यूलर केमिस्ट्री। पार्श्वभूमि
सुपरमॉलेक्यूलर रसायन विज्ञान रसायन विज्ञान के सबसे युवा और साथ ही तेजी से विकासशील क्षेत्रों में से एक है। अपने अस्तित्व के 25-30 वर्षों के लिए, यह पहले से ही कई मील के पत्थर, लेकिन साथ ही, इस अनुशासन के मूल विचार और अवधारणाएं अभी तक प्रसिद्ध नहीं हैं और आम तौर पर स्वीकार की जाती हैं। इस समीक्षा में, हमने इसके मुख्य कार्यों और सबसे महत्वपूर्ण अवधारणाओं की सबसे सफल परिभाषाओं की पहचान करने और वर्तमान स्थिति और संभावनाओं की रूपरेखा तैयार करने के लिए, सुपरमॉलेक्यूलर केमिस्ट्री नामक विज्ञान के क्षेत्र के विकास का पता लगाने की मांग की है।
शब्द "सुपरमॉलेक्यूलर केमिस्ट्री" और इस अनुशासन की बुनियादी अवधारणाओं को फ्रांसीसी वैज्ञानिक जे.-एम द्वारा पेश किया गया था। अधिक के विकास और सामान्यीकरण के हिस्से के रूप में 1978 में लेनोम जल्दी काम(विशेष रूप से, 1973 में उनके कार्यों में "सुपरमोलेक्यूल" शब्द दिखाई दिया)। सुपरमॉलेक्यूलर रसायन विज्ञान को शब्दों द्वारा परिभाषित किया गया था: "जिस तरह सहसंयोजक बंधों पर आधारित आणविक रसायन विज्ञान का एक क्षेत्र है, उसी तरह सुपरमॉलेक्यूलर रसायन विज्ञान का एक क्षेत्र भी है, आणविक पहनावा और अंतर-आणविक बंधनों का रसायन।" इसके बाद, इस पहली परिभाषा में कई बार सुधार किया गया। लेन द्वारा दी गई एक अन्य परिभाषा का एक उदाहरण: "सुपरमॉलेक्यूलर केमिस्ट्री "अणु से परे एक रसायन है" जो दो या दो से अधिक रासायनिक प्रजातियों के संघों की संरचना और कार्य का अध्ययन करता है जो अंतर-आणविक बलों द्वारा एक साथ आयोजित किए जाते हैं"।
कई मामलों में, सुपरमॉलेक्यूलर सिस्टम बनाने वाले घटकों को आणविक रिसेप्टर और सब्सट्रेट कहा जा सकता है (आणविक जीव विज्ञान में मानी जाने वाली प्रणालियों के अनुरूप) कहा जा सकता है, बाद वाला छोटा घटक है जिसे बाध्य करने की आवश्यकता है।
किसी रासायनिक वस्तु का पर्याप्त रूप से वर्णन करने के लिए, उसके तत्वों और उनके बीच के बंधनों के प्रकार, साथ ही स्थानिक (ज्यामितीय, टोपोलॉजिकल) विशेषताओं को इंगित करना आवश्यक है। सुपरमॉलेक्यूलर केमिस्ट्री की वस्तुओं, सुपरमॉलेक्यूल्स में वही निश्चितता होती है जो उन्हें बनाने वाले अलग-अलग अणुओं में होती है। यह कहा जा सकता है कि "सुपरमोलेक्यूल्स अणुओं के संबंध में हैं जो अणु परमाणुओं के संबंध में हैं, और सुपरमोलेक्यूल्स में सहसंयोजक बंधों की भूमिका इंटरमॉलिक्युलर इंटरैक्शन द्वारा निभाई जाती है"।
लेहन के अनुसार, सुपरमॉलेक्यूलर रसायन विज्ञान को दो व्यापक, अतिव्यापी क्षेत्रों में विभाजित किया जा सकता है:
- सुपरमॉलेक्यूल्स का रसायन - स्पष्ट रूप से परिभाषित ओलिगोमोलेक्यूलर कण जो कई घटकों के इंटरमॉलिक्युलर एसोसिएशन से उत्पन्न होते हैं - रिसेप्टर और इसके सब्सट्रेट (सब्सट्रेट) और आणविक मान्यता के सिद्धांत पर निर्मित;
- आणविक पहनावा का रसायन विज्ञान - पॉलीमॉलेक्यूलर सिस्टम जो एक विशिष्ट चरण में संक्रमण के साथ अनिश्चित संख्या के घटकों के सहज जुड़ाव के परिणामस्वरूप बनते हैं, जिसमें कम या ज्यादा स्पष्ट रूप से परिभाषित सूक्ष्म संगठन और इसकी प्रकृति पर निर्भर विशेषताएं होती हैं (उदाहरण के लिए, क्लैथ्रेट्स, झिल्ली, पुटिका, मिसेल)।
सुपरमॉलेक्यूलर संरचनाओं को घटकों की स्थानिक व्यवस्था, उनकी वास्तुकला, "सुपरस्ट्रक्चर", साथ ही साथ घटकों को एक साथ रखने वाले इंटरमॉलिक्युलर इंटरैक्शन के प्रकारों की विशेषता हो सकती है। सुपरमॉलेक्यूलर एनसेम्बल में अच्छी तरह से परिभाषित संरचनात्मक, गठनात्मक, थर्मोडायनामिक, गतिज और गतिशील गुण होते हैं; विभिन्न प्रकार केबातचीत जो उनकी ताकत, दिशा, दूरी और कोण पर निर्भरता में भिन्न होती है: धातु आयनों, इलेक्ट्रोस्टैटिक बलों, हाइड्रोजन बांड, वैन डेर वाल्स इंटरैक्शन, दाता-स्वीकर्ता इंटरैक्शन, आदि के साथ समन्वय बातचीत। बातचीत की ताकत के आधार पर भिन्न हो सकते हैं विस्तृत श्रृंखला, कमजोर या मध्यम से, जैसे हाइड्रोजन बांड के निर्माण में, मजबूत और बहुत मजबूत तक, जैसे धातु के साथ समन्वय बंधन के निर्माण में। हालांकि, सामान्य तौर पर, इंटरमॉलिक्युलर इंटरैक्शन सहसंयोजक बंधों की तुलना में कमजोर होते हैं, जिससे कि सुपरमॉलेक्यूलर सहयोगी कम थर्मोडायनामिक रूप से स्थिर, गतिज रूप से अधिक प्रयोगशाला और गतिशील रूप से अणुओं की तुलना में अधिक लचीले होते हैं।
इस प्रकार, सुपरमॉलेक्यूलर रसायन विज्ञान एक एकीकृत दृष्टिकोण से सभी प्रकार के आणविक सहयोगियों पर विचार करना संभव बनाता है, सबसे छोटे संभव (डिमर) से सबसे बड़े (संगठित चरणों) तक। उसी समय, एक बार फिर इस बात पर जोर देना आवश्यक है कि सुपरमॉलेक्यूलर रसायन विज्ञान की वस्तुओं में आवश्यक रूप से ऐसे भाग (उप-प्रणालियाँ) होते हैं जो सहसंयोजक बंधित नहीं होते हैं।
लेहन ने अंजीर में दिखाई गई योजना के साथ आणविक से सुपरमॉलेक्यूलर रसायन विज्ञान में संक्रमण का वर्णन करने का प्रस्ताव रखा। एक ।
अंजीर 1. आणविक रसायन विज्ञान से सुपरमॉलेक्यूलर में संक्रमण की योजना
सुपरमोलेक्यूल्स के मुख्य कार्य: आणविक मान्यता, परिवर्तन (उत्प्रेरण) और स्थानांतरण। आणविक और सुपरमॉलेक्यूलर उपकरणों को बनाने के लिए संगठित पॉलीमॉलेक्यूलर असेंबलियों और चरणों के साथ कार्यात्मक सुपरमॉलेक्यूल्स का उपयोग किया जा सकता है।
लेहन के अलावा, किसी को सी जे पेडर्सन और डी जे क्रुम का भी उल्लेख करना चाहिए, जिनके काम और शोध ने सुपरमॉलेक्यूलर रसायन विज्ञान के विकास में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई। 1987 में, इन तीन वैज्ञानिकों को रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था (मेक्रोथेरोसायक्लिक यौगिकों के रसायन विज्ञान के विकास में उनके निर्णायक योगदान के लिए जो मेजबान-अतिथि आणविक परिसरों का चयन करने में सक्षम थे)।
अनुसंधान जिसने सुपरमॉलेक्यूलर केमिस्ट्री की नींव रखी
सुपरमॉलेक्यूलर केमिस्ट्री की बुनियादी अवधारणाओं की उत्पत्ति अतीत में और इस सदी की शुरुआत में किए गए कार्यों में पाई जा सकती है। इसलिए, 1906 में पी। एर्लिच ने वास्तव में रिसेप्टर और सब्सट्रेट की अवधारणाओं को पेश किया, इस बात पर जोर देते हुए कि अणु एक दूसरे के साथ प्रतिक्रिया नहीं करते हैं यदि वे पहले एक निश्चित बंधन में प्रवेश नहीं करते हैं। हालाँकि, बंधन कोई नहीं, बल्कि चयनात्मक होना चाहिए। ई. फिशर द्वारा 1894 में इस पर जोर दिया गया था, जब उन्होंने अपना "की-लॉक" सिद्धांत तैयार किया, एक सिद्धांत जो बताता है कि स्टेरिक पत्राचार, रिसेप्टर और सब्सट्रेट की ज्यामितीय पूरकता, आणविक मान्यता का आधार है। अंत में, चयनात्मक बंधन के लिए भागीदारों के बीच बातचीत, आत्मीयता की आवश्यकता होती है, और इस विचार की जड़ों को ए। वर्नर के कार्यों में खोजा जा सकता है, जो इस संबंध में सुपरमॉलेक्यूलर रसायन विज्ञान को सामान्यीकरण और समन्वय रसायन विज्ञान का विकास बनाता है।
जे-एम के अनुसार। लेन, इन तीन अवधारणाओं - निर्धारण (बाध्यकारी), मान्यता और समन्वय - ने सुपरमॉलेक्यूलर रसायन विज्ञान की नींव रखी।
सुपरमॉलेक्यूलर केमिस्ट्री की कुछ अन्य अवधारणाएँ भी लंबे समय से जानी जाती हैं। यहां तक कि टर्म « बीबरमोलेक्यूल", यानी। सुपर-, या सुपरमोलेक्यूल, पहले से ही 30 के दशक के मध्य में पेश किया गया था। समन्वयात्मक रूप से संतृप्त अणुओं (उदाहरण के लिए, एसिटिक एसिड डिमर के निर्माण के दौरान) के जुड़ाव से उत्पन्न होने वाले संगठन के उच्च स्तर का वर्णन करने के लिए। अच्छी तरह से जाना जाता था आवश्यक भूमिकाजीव विज्ञान में सुपरमॉलेक्यूलर संगठन।
हालांकि, रासायनिक विज्ञान की प्रणाली में एक स्वतंत्र क्षेत्र के रूप में सुपरमॉलेक्यूलर रसायन विज्ञान का उद्भव और विकास बहुत बाद में हुआ। यहाँ वही है जो जे.-एम. लेन ने अपनी पुस्तक में: "... उभरने के लिए और त्वरित विकासएक नए वैज्ञानिक अनुशासन के लिए तीन स्थितियों के संयोजन की आवश्यकता होती है। सबसे पहले, एक नए प्रतिमान को पहचानना आवश्यक है जो असमान और प्रतीत होता है कि असंबंधित टिप्पणियों, डेटा, परिणामों के महत्व को दर्शाता है और उन्हें एक सुसंगत पूरे में जोड़ता है। दूसरे, इस क्षेत्र में वस्तुओं का अध्ययन करने के लिए उपकरणों की आवश्यकता होती है, और यहां संरचना और गुणों (आईआर, यूवी, और विशेष रूप से एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी, मास स्पेक्ट्रोमेट्री, एक्स-रे विवर्तन, आदि) के अध्ययन के लिए आधुनिक भौतिक विधियों के विकास ने एक भूमिका निभाई है। सुपरमॉलेक्यूलर केमिस्ट्री में निर्णायक भूमिका। , जो कम-ऊर्जा गैर-सहसंयोजक इंटरैक्शन की विशेषता वाले अपेक्षाकृत प्रयोगशाला सुपरमॉलेक्यूलर एनसेंबल का भी अध्ययन करना संभव बनाता है। तीसरा, आपको तैयार रहने की जरूरत है वैज्ञानिक समुदायनए प्रतिमान को इस तरह से समझने के लिए कि नए अनुशासन को न केवल इसमें शामिल विशेषज्ञों के बीच, बल्कि विज्ञान के करीब (और बहुत करीब नहीं) क्षेत्रों में भी प्रतिक्रिया मिल सके। यह सुपरमॉलेक्यूलर केमिस्ट्री के साथ हुआ है, जहाँ तक पिछले 25 वर्षों में इसके विकास और अन्य विषयों में प्रवेश की तीव्र गति से अंदाजा लगाया जा सकता है।
लेहन के अनुसार, "... सुपरमॉलेक्यूलर केमिस्ट्री, जैसा कि हम आज जानते हैं, प्राकृतिक और सिंथेटिक मैक्रोसाइक्लिक और मैक्रोपॉलीसाइक्लिक लिगैंड्स, क्राउन ईथर और क्रिप्टैंड्स द्वारा क्षार धातु के पिंजरों के चयनात्मक बंधन के अध्ययन के साथ शुरू हुआ"।
इस प्रकार के प्राकृतिक यौगिकों में सबसे पहले एंटीबायोटिक वैलिनोमाइसिन का उल्लेख किया जाना चाहिए। 1963 में इसकी संरचना को परिभाषित करते हुए, जिसमें बहुत बड़ा योगदानयू.ए. ओविचिनिकोव के नेतृत्व में सोवियत वैज्ञानिकों द्वारा पेश किया गया, सामान्य खोज से बहुत आगे निकल गया। यह चक्रीय डिप्सिपेप्टाइड (यह एमाइड और एस्टर बॉन्ड द्वारा परस्पर जुड़े अमीनो और हाइड्रॉक्सी एसिड अवशेषों से बनाया गया है) झिल्ली-सक्रिय परिसरों, या आयनोफोर्स में पहला निकला। इस तरह के नाम समाधान में क्षारीय धनायनों के साथ जटिल यौगिकों को देने और जैविक झिल्ली के माध्यम से बंधे हुए धनायन को स्थानांतरित करने के लिए इन पदार्थों की क्षमता को दर्शाते हैं। आयनोफोर्स की खोज के साथ, जीवित प्रणालियों में आयन प्रवाह के उद्देश्यपूर्ण विनियमन की संभावना एक वास्तविक संभावना बन गई। झिल्ली-सक्रिय परिसरों के क्षेत्र में काम करने के लिए, ओविचिनिकोव और उनके सहयोगियों को 1978 में लेनिन पुरस्कार से सम्मानित किया गया था।
सुपरमॉलेक्यूलर रसायन विज्ञान के विकास में अगला महत्वपूर्ण चरण 1962 में सी. पेडर्सन द्वारा क्राउन ईथर की खोज से जुड़ा है। ऑटोक्सिडेशन से पेट्रोलियम तेलों को स्थिर करने के लिए अवरोधकों को संश्लेषित करने के प्रयास में, पेडर्सन ने एक उप-उत्पाद प्राप्त किया जिसे अब डिबेंजो-18-क्राउन -6 कहा जाता है। इसके बाद, पेडर्सन ने 4 से 20 तक ऑक्सीजन परमाणुओं की संख्या और 12 से 60-सदस्यीय रिंग के आकार के साथ लगभग 60 मैक्रोसाइक्लिक पॉलीएस्टर को संश्लेषित और अध्ययन किया। उन्होंने पाया कि क्राउन ईथर क्षार और क्षारीय पृथ्वी धातु के पिंजरों के साथ मजबूत परिसरों का निर्माण करते हैं जिन्हें क्रिस्टलीय रूप में अलग किया जा सकता है।
1966 में जे.-एम. लेन को तंत्रिका तंत्र में होने वाली प्रक्रियाओं में दिलचस्पी हो गई और उन्होंने सोचा: क्या रसायन विज्ञान इन उच्च जैविक कार्यों के अध्ययन में योगदान दे सकता है? तंत्रिका कोशिकाओं में विद्युत प्रक्रियाएं कोशिका झिल्ली में पोटेशियम और सोडियम आयनों के वितरण में परिवर्तन पर आधारित होती हैं। उस समय प्रकाशित वैज्ञानिक पत्रों से पता चला कि वैलिनोमाइसिन पोटेशियम आयन के माइटोकॉन्ड्रिया में स्थानांतरण में मध्यस्थता कर सकता है। इसने लेन को इस विचार के लिए प्रेरित किया कि उपयुक्त कृत्रिम रूप से निर्मित साइक्लोपेप्टाइड या उनके एनालॉग झिल्ली में धनायनों के वितरण और झिल्ली के माध्यम से उनके परिवहन का अध्ययन करने का एक साधन हो सकते हैं। इस तरह के गुणों को एनिनैटिन और एक्टिन समूहों के अन्य तटस्थ एंटीबायोटिक दवाओं द्वारा भी दिखाया गया था, जिसे उद्धरणों के साथ परिसरों के चयनात्मक गठन द्वारा समझाया गया था। क्षारीय धातु. हालांकि, चक्रीय पेप्टाइड्स की तुलना में रासायनिक रूप से कम सक्रिय अणुओं को संश्लेषित करना आवश्यक हो गया। इस तरह के संश्लेषण के कार्यान्वयन के लिए एक महत्वपूर्ण भूमिका Ch. Pedersen की खोज द्वारा निभाई गई थी। क्राउन ईथर को ऐसे पदार्थ के रूप में माना जाने लगा जो मैक्रोसाइक्लिक एंटीबायोटिक दवाओं की जटिल क्षमता और ईथर के स्थिर कार्यों को मिलाते हैं।
चित्र 2. जे.-एम द्वारा संश्लेषित क्रिप्टैंड्स। लेनोम (एम = 0, एन = 1; एम = 1, एन = 0; एम = एन = 1)
उसी समय, यह स्पष्ट हो गया कि त्रि-आयामी गोलाकार गुहा वाले यौगिक, जो पूरी तरह से बाध्य आयन को घेर लेते हैं, को प्लानर मैक्रोसायकल की तुलना में अधिक मजबूत परिसरों का निर्माण करना चाहिए। इस समस्या पर काम अक्टूबर 1967 में शुरू हुआ, और 1968 के पतन में पहला त्रि-आयामी अमीनो एस्टर प्राप्त हुआ, जिसे लेन ने क्रिप्टैंड कहा (चित्र 2, एम = एन = 1)। पोटेशियम आयनों को दृढ़ता से बांधने की इसकी क्षमता को तुरंत नोट किया गया था, और एक क्रिप्टेट (सेलुलर) संरचना को परिणामी परिसर के लिए जिम्मेदार ठहराया गया था। अन्य क्रिप्टेट्स को भी संश्लेषित किया गया है। कई परिसरों (चित्र 3) की क्रिस्टल संरचना का निर्धारण करके उनकी संरचना की पुष्टि की गई थी।
डी. क्रैम ने क्राउन ईथर और क्रिप्टैंड्स की एक महत्वपूर्ण कमी की ओर ध्यान आकर्षित किया, जिसमें यह तथ्य शामिल है कि दोनों अतिथि आयनों को प्राप्त करने के लिए अच्छी तरह से व्यवस्थित नहीं हैं: उनकी संरचना, जैसे कि झुर्रियों वाली थी, लेकिन एक क्रिस्टलीय रूप में पृथक है। सीधा नहीं (चित्र 4, ए, बी)। इसलिए, जब एक धनायन गुहा में प्रवेश करता है, तो इसके संरेखण (अनुकूलन) के लिए ऊर्जा लागत की आवश्यकता होती है, और यह परिसर की स्थिरता को प्रभावित करता है। डी. क्रैम ने तथाकथित "अणुओं-से" को डिजाइन करने का निर्णय लिया
अंजीर 3. रूबिडियम क्रिप्टेट संरचना
कंटेनर" एक पूर्व-संगठित संरचना के साथ। 1980 के दशक की शुरुआत में जटिल मल्टी-स्टेज सिंथेसिस के परिणामस्वरूप। गोलाकार और गुहाएं प्राप्त की गईं (चित्र 4 सी, डी) - एक प्रकार के आणविक कटोरे, जिनकी दीवारें सुगंधित नाभिक के साथ पंक्तिबद्ध होती हैं, और अवसाद जहां अतिथि कण गिरता है, ऑक्सीजन परमाणुओं के साथ पंक्तिबद्ध होते हैं। इन कटोरे में पैर भी होते हैं - फेनिल रेडिकल्स से जुड़े मिथाइल समूह। अध्ययन के दौरान, यह पता चला कि प्राप्त यौगिक क्राउन ईथर और क्रिप्टैंड की तुलना में क्षार धातु के पिंजरों के साथ अधिक स्थिर परिसरों का निर्माण करते हैं। छोटे तटस्थ अणु, जैसे सीएच 2 सीएल 2, सीएच 3 सीएन, एसओ 2, भी गुहा और कटोरे में आ सकते हैं और वहां मजबूती से पकड़ सकते हैं।
यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि अधिक जटिल यौगिकों में आणविक मान्यता की अधिक जटिल प्रक्रिया भी होती है। यदि सरल क्रिप्टेट परिसरों को सबसे सरल - "गोलाकार" - मान्यता की विशेषता है, जिसमें केवल गोले का आकार, सब्सट्रेट का अनुमान लगाता है, एक भूमिका निभाता है, तो जटिल यौगिकों के लिए, आणविक मान्यता "टेट्राहेड्रल" या "रैखिक" मान्यता हो सकती है। , विभिन्न प्रकार के रिसेप्टर्स द्वारा किया जाता है। बाद के वर्षों में, आणविक मान्यता प्रक्रियाओं की इन सभी कई किस्मों का अध्ययन किया गया था, और प्रक्रियाओं में शामिल रिसेप्टर्स यौगिकों के बहुत अलग वर्गों (क्राउन ईथर, क्रिप्टैंड्स, स्फेरैंड्स, कैविटैंड्स, कैलीकेरेन्स, साइक्लोफेन्स, साइक्लोडेक्सट्रिन, क्रिप्टोफेन्स, आदि) से संबंधित थे। . जैसा कि लेहन लिखते हैं, "... अनुसंधान के क्षेत्र का विस्तार हुआ है, जिसके कारण रासायनिक अनुसंधान के एक नए क्षेत्र के रूप में आणविक मान्यता की प्राप्ति हुई, जिसने सामान्य रूप से अंतर-आणविक अंतःक्रियाओं और प्रक्रियाओं पर ध्यान केंद्रित करते हुए, एक पूरी श्रृंखला में फैल गया। संबंधित क्षेत्रों में, सुपरमॉलेक्यूलर केमिस्ट्री में विकसित हो गया है"।
अंजीर। 4. क्राउन ईथर की वास्तविक (असंगठित) संरचनाएं (ए), क्रिप्टैंड (बी) और गुहा की पूर्वसंगठित संरचनाएं (सी) और स्फेरैंड (डी)
सुपरमॉलेक्यूलर रसायन विज्ञान की कुछ विशिष्ट वस्तुओं के अध्ययन का इतिहास
एक ऐतिहासिक संदर्भ में, सुपरमॉलेक्यूलर रसायन विज्ञान की पहली अध्ययन की गई वस्तुएं समावेशी यौगिक थीं, जिन्हें बाद में क्लैथ्रेट कहा जाता था। क्लैथ्रेट्स अणुओं के शामिल होने से बने यौगिक होते हैं, जिन्हें मेहमान कहा जाता है, एक अलग तरह के अणुओं से युक्त एक मचान की गुहा में, जिसे मेजबान कहा जाता है, या एक बड़े मेजबान अणु की गुहा में। अक्सर वैन डेर वाल्स की तुलना में मेहमानों और मेजबानों के बीच कोई अन्य बातचीत नहीं होती है। ऐसे यौगिकों की थर्मोडायनामिक स्थिरता मेजबान ढांचे के गुहाओं में अतिथि अणुओं की व्यवस्था के अनुकूल ज्यामिति द्वारा सुनिश्चित की जाती है, जिसके परिणामस्वरूप कमजोर अंतःक्रियात्मक बातचीत प्रारंभिक घटकों के घटकों की ऊर्जा की तुलना में ऊर्जा लाभ की ओर ले जाती है। मुक्त अवस्था में। इस मामले में, पारंपरिक रासायनिक यौगिकों के लिए, घटक घटकों के अनुपात परिवर्तनशील हो सकते हैं, जैसे कि महान गैसों के साथ हाइड्रोक्विनोन क्लैथ्रेट्स के मामले में, या कड़ाई से परिभाषित, जैसे कि पैराफिन के साथ यूरिया यौगिकों में और अधिकांश क्लैथ्रेट हाइड्रेट्स में।
पदार्थ जिन्हें वर्तमान में समावेशन यौगिकों के रूप में माना जाता है, जाहिरा तौर पर ए। क्रोनस्टेड द्वारा देखे गए थे, जिन्होंने 1756 में जिओलाइट स्टिलबाइट की खोज की थी, और जे। प्रीस्टली, जिन्होंने 1778 में "विसंगत बर्फ" की खोज की थी, जो SO 2 हाइड्रेट निकला। . 10H 2 O. 1785 - 1786 में। बी। पेलेटियर और डब्ल्यू। कार्स्टन, और 1811 में जी। डेवी ने गैसीय क्लोरीन के ठंडा होने के दौरान क्रिस्टल के गठन को देखा, बाद में (1823 में) एम। फैराडे ने स्थापित किया कि यह क्ल 2 था। 10H 2 O, हालांकि, इस हाइड्रेट की संरचना केवल 1952 में M. Stackelberg और G. Müller द्वारा स्थापित की गई थी।
चित्रा 5. एडामेंटेन 3:1 . के साथ थियोउरिया के क्लैथ्रेट परिसर की संरचना
एमो अवधारणा और शब्द "क्लैथ्रेट" इसकी आधुनिक व्याख्या में 1947 में जी. पॉवेल द्वारा पेश किया गया था। अंजीर पर। चित्र 5 एक उदाहरण के रूप में थियोरिया-एडामेंटेन 3:1 क्लैथ्रेट कॉम्प्लेक्स की संरचना को दर्शाता है। क्लैथ्रेट परिसरों में साइक्लोडेक्सट्रिन के समावेशन यौगिक भी शामिल हैं।
अंजीर। 6. साइक्लोडेक्सट्रिन की संरचना: ए - रासायनिक संरचना, बी - आकार
Iclodextrins चक्रीय ओलिगोसेकेराइड हैं जिनके अणु छह, सात या आठ से बने होते हैं (एन=6, 7, 8) -1,4-ग्लाइकोसिडिक बॉन्ड से जुड़ी डी-ग्लूकोपाइरानोज इकाइयाँ (चित्र। 6)। साइक्लोडेक्सट्रिन अणुओं में एक काटे गए शंकु (बाल्टी) का आकार होता है, जो अंदर से खोखला होता है, जिसमें 6–8 प्राथमिक OH समूह निचले आधार की परिधि के साथ स्थित होते हैं, और 12–16 माध्यमिक OH समूह ऊपरी आधार की परिधि के साथ स्थित होते हैं। . साइक्लोडेक्सट्रिन की खोज 1891 में ए. विलियर्स ने की थी, और उनके अलगाव का पहला विस्तृत विवरण 1903 में एफ. शार्डिंगर द्वारा प्रकाशित किया गया था। 1938 में, के। फ्रायडेनबर्ग ने साइक्लोडेक्सट्रिन की संरचना निर्धारित की। तब से, इन प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले (प्राकृतिक) रिसेप्टर्स का उपयोग विभिन्न उद्देश्यों के लिए किया जाता रहा है। इसलिए, 1954 में एफ। क्रेमर ने पहली बार दिखाया कि साइक्लोडेक्सट्रिन सब्सट्रेट की एक विस्तृत श्रृंखला के साथ समावेशन परिसर बना सकते हैं। उत्प्रेरक के रूप में उनकी भूमिका का अध्ययन 1982 में I. Tabushi और Breslow द्वारा किया गया था।
साइक्लोडेक्सट्रिन और "अतिथि" के बीच बातचीत की प्रकृति स्पष्ट रूप से स्थापित नहीं हुई है और व्यापक रूप से चर्चा की गई है। अपेक्षाकृत कमजोर अंतःक्रियाएं (वैन डेर वाल्स, हाइड्रोफोबिक, आदि) सबसे अधिक संभावित प्रतीत होती हैं, जिससे इन परिसरों को सुपरमॉलेक्यूलर रसायन विज्ञान की वस्तुओं के रूप में वर्गीकृत करना संभव हो जाता है। इस तरह के परिसरों के रासायनिक परिवर्तन से जटिल आणविक संरचनाओं का निर्माण होता है, जैसे कि कैटेनेन्स, रोटैक्सेन, पॉलीरोटैक्सेन और ट्यूब, जो अन्य तरीकों से आसानी से प्राप्त नहीं होते हैं। विभिन्न प्रकार के "मेहमानों" की एक बड़ी संख्या के साथ जलीय समाधानों में मजबूत परिसरों को बनाने के लिए साइक्लोडेक्सट्रिन की क्षमता ने उनके स्वयं-संयोजन द्वारा गठित नैनोस्ट्रक्चर के लिए बिल्डिंग ब्लॉक के रूप में उपयोग किया है और नैनोडेविसेस में शामिल किया है।
वर्तमान स्थिति और सुपरमॉलेक्यूलर रसायन विज्ञान के विकास में रुझान
सुपरमॉलेक्यूलर केमिस्ट्री में हालिया प्रगति और इसके आवेदन के सबसे आशाजनक क्षेत्र आणविक मान्यता की प्रक्रियाओं से जुड़े हैं।
चित्र 7. स्व-संयोजन जिसमें इंटरमॉलिक्युलर हाइड्रोजन बांड शामिल हैं
तथाकथित "स्व-प्रक्रियाओं" के कारण नई संरचनाओं के नाम और संरचनाएं। स्व-संयोजन और स्व-संगठन की अवधारणाओं को जे.एम. द्वारा सुपरमॉलेक्यूलर रसायन विज्ञान में पेश किया गया था। लेन अकार्बनिक परिसरों (डबल हेलिकेट्स) के सहज गठन के अध्ययन के दौरान, जो एक स्व-संयोजन प्रक्रिया के रूप में आगे बढ़ता है। वास्तव में, ये अवधारणाएं जैव रसायन से सुपरमॉलेक्यूलर रसायन विज्ञान में आईं, जहां उन्होंने पहले भी एक महत्वपूर्ण स्थान पर कब्जा कर लिया था, क्योंकि जैवसंश्लेषण केवल "स्व-प्रक्रियाओं" के माध्यम से किया जा सकता है। वन्यजीवों में स्व-संयोजन की सबसे महत्वपूर्ण अभिव्यक्ति न्यूक्लिक एसिड अणुओं की स्व-संयोजन है, प्रोटीन का मैट्रिक्स संश्लेषण; स्व-संयोजन की निर्णायक भूमिका एंजाइमों और रिसेप्टर्स की कड़ाई से परिभाषित स्थानिक संरचना द्वारा इंगित की जाती है।
सुपरमॉलेक्यूलर केमिस्ट्री में, स्व-संगठन का अर्थ है, अलग-अलग घटकों से एक अच्छी तरह से परिभाषित सुपरमॉलेक्यूलर संरचना की सहज पीढ़ी, दी गई शर्तों के तहत। लेहन के अनुसार, स्व-संगठन और स्व-संगठन घटना के दो अलग-अलग लेकिन अतिव्यापी वर्गों का वर्णन करते हैं, स्व-संगठन स्व-संगठन की तुलना में एक व्यापक शब्द है। सुपरमॉलेक्यूलर सेल्फ-असेंबली में कम से कम दो या दो से अधिक घटकों का सहज जुड़ाव होता है, जिससे या तो असतत सुपरमॉलिक्यूलर या विस्तारित पॉलीमॉलेक्यूलर असेंबली (आणविक परतें, फिल्में, आदि) का निर्माण होता है। इस मामले में, गैर-सहसंयोजक बातचीत के कारण एसोसिएशन प्रक्रिया होती है।
अंजीर 8. माध्यम के पीएच को बदलकर आणविक शटल स्विच किया गया
लेन स्व-संगठन को एक क्रमबद्ध स्व-संघ के रूप में परिभाषित करता है कि:
1) में ऐसी प्रणालियाँ शामिल हैं जिनमें अंतरिक्ष और/या समय में क्रम की एक सहज उपस्थिति संभव है, 2) स्थानिक (संरचनात्मक) और लौकिक (गतिशील) क्रम को कवर करता है, 3) केवल सुपरमॉलेक्यूलर (गैर-सहसंयोजक) स्तर को प्रभावित करता है, 4) बहुघटक है। इस प्रकार, स्व-संगठन में अंतःक्रिया और एकीकरण शामिल हैं, जो सामूहिक व्यवहार को निर्धारित करते हैं।
स्व-संगठन समाधान में हो सकता है, लिक्विड-क्रिस्टल चरण में, या ठोस अवस्था में, हाइड्रोजन बॉन्ड, इलेक्ट्रोस्टैटिक और डोनर-स्वीकर्ता इंटरैक्शन के साथ-साथ मध्यम प्रभाव (सॉल्वोफोबिक इंटरैक्शन) का उपयोग घटकों के बीच मुख्य इंटरैक्शन के रूप में किया जा रहा है। . अंजीर पर। चित्र 7 में 2,4,6-ट्रायमिनो-5-अल्काइलपाइरीमिडीन द्वारा मध्यस्थता वाले दो पोर्फिरीन अणुओं को शामिल करते हुए हाइड्रोजन बांडों को शामिल करते हुए एक स्व-संयोजन दिखाया गया है। परिणामी संरचना में एक कोशिका का आकार होता है।
जे.-एम. लेन ने नोट किया कि "रासायनिक संश्लेषण में सुपरमॉलेक्यूलर रसायन विज्ञान के योगदान को दो मुख्य पहलुओं में माना जा सकता है: गैर-सहसंयोजक सुपरमॉलेक्यूलर कणों का उत्पादन, जो सीधे स्व-संयोजन प्रक्रियाओं में व्यक्त किया जाता है, और संश्लेषण को बढ़ावा देने के लिए सुपरमॉलेक्यूलर सुविधाओं का उपयोग सहसंयोजक आणविक संरचनाओं का"। वास्तव में सुपरमॉलेक्यूलर संश्लेषण में निर्देशित अंतर-आणविक बलों के माध्यम से सुपरमॉलेक्यूलर संरचनाओं का निर्माण होता है। इस मामले में, यह भी आवश्यक है कि संश्लेषण के दौरान, संश्लेषण के दौरान ही सुपरमॉलेक्यूलर कणों का निर्माण होता है। हम कह सकते हैं कि अंतर-आणविक स्तर पर एक प्रकार की योजना और नियंत्रण होने पर सुपरमॉलेक्यूलर संश्लेषण संभव है। जटिल सहसंयोजक कणों के संश्लेषण में, सुपरमॉलेक्यूलर रसायन विज्ञान का उपयोग घटकों को वांछित स्थिति में लाने के लिए किया जा सकता है, उदाहरण के लिए स्व-संयोजन द्वारा। यह जटिल प्रणालियों के संश्लेषण के क्षेत्र में नई संभावनाओं को खोलता है, और हाल के वर्षों में यह दिशा अग्रणी में से एक बन गई है।
सुपरमॉलेक्यूलर रसायन विज्ञान के विकास के लिए एक और आशाजनक क्षेत्र आणविक और सुपरमॉलेक्यूलर उपकरणों का निर्माण है। आणविक उपकरण संरचनात्मक रूप से संगठित और कार्यात्मक रूप से एकीकृत रासायनिक प्रणालियां हैं। वे विशिष्ट घटकों के एक निश्चित स्थानिक संगठन पर आधारित होते हैं और उन्हें सुपरमॉलेक्यूलर संरचनाओं में एम्बेड किया जा सकता है। फोटोनिक, इलेक्ट्रॉनिक, या आयनिक उपकरणों को अलग किया जा सकता है, यह इस बात पर निर्भर करता है कि घटक क्रमशः फोटोएक्टिव, इलेक्ट्रोएक्टिव या आयनिक हैं, अर्थात। फोटॉन के अवशोषण या उत्सर्जन में भाग लेते हैं, इलेक्ट्रॉनों के दाता या स्वीकर्ता हैं, या आयन एक्सचेंज में भाग लेते हैं।
ऐसे उपकरणों में दो मुख्य प्रकार के घटक शामिल होते हैं: सक्रिय घटक जो किसी दिए गए ऑपरेशन को करते हैं (फोटॉन, इलेक्ट्रॉनों, आयनों, आदि को स्वीकार, देना या संचारित करना), और संरचनात्मक घटक जो एक सुपरमॉलेक्यूलर आर्किटेक्चर के निर्माण में भाग लेते हैं, सेट करते हैं सक्रिय घटकों की आवश्यक स्थानिक व्यवस्था, विशेष रूप से, मान्यता प्रक्रियाओं के कारण। इसके अलावा, सहायक घटकों को डिवाइस की संरचना में पेश किया जा सकता है, जिसका उद्देश्य सक्रिय और संरचनात्मक घटकों के गुणों को संशोधित करना है। मुख्य बात यह है कि पारंपरिक सामग्रियों के विपरीत, उनके घटकों और उपकरणों को आणविक और सुपरमॉलेक्यूलर स्तरों पर अपना कार्य करना चाहिए। सुपरमॉलेक्यूलर सिस्टम में आणविक उपकरणों को शामिल करने से कार्यात्मक सुपरमोलेक्यूल या एसेम्बल (परतें, फिल्म, झिल्ली, आदि) प्राप्त करना संभव हो जाता है।
आणविक और सुपरमॉलेक्यूलर उपकरण, परिभाषा के अनुसार, क्रमशः सहसंयोजक और गैर-सहसंयोजक बंधों से जुड़े घटकों से बनते हैं। सुपरमॉलेक्यूलर उपकरणों में ऐसे उपकरण भी शामिल हो सकते हैं जिनके घटक सहसंयोजक बंधों से जुड़े होते हैं, लेकिन कम से कम आंशिक रूप से अपने व्यक्तित्व को बनाए रखते हैं।
हाल ही में, स्विचिंग आणविक पहनावा बनाना संभव हो गया है जो माध्यम के पीएच या इसकी विद्युत रासायनिक क्षमता जैसे बाहरी कारकों की कार्रवाई के आधार पर अपनी स्थानिक संरचना को बदलते हैं। एक उदाहरण रोटाक्सेन है, जिसे अंजीर में दिखाया गया है। 8. इसमें एक लंबी पॉलिएस्टर श्रृंखला होती है, जो साइक्लोफेन पुलों से जुड़े दो डिपाइरिडिल अवशेषों से बने चक्र के माध्यम से "थ्रेडेड" होती है। चक्र को श्रृंखला से कूदने से रोकने के लिए, इसके सिरों पर भारी समूह होते हैं - ट्राईसोप्रोपाइलसिलिल प्रतिस्थापन। पॉलिएस्टर श्रृंखला में शामिल 4,4"-डायमिनोडिफेनिल और 4,4"-डायहाइड्रोक्सीडिफेनिल के अवशेषों में इलेक्ट्रॉन-दान करने वाले गुण स्पष्ट हैं; इसलिए, इलेक्ट्रॉन-निकासी टेट्राकेशनिक चक्र उन पर इलेक्ट्रोस्टैटिक रूप से तय होता है। इस मामले में, दो अनुरूपताएं महसूस की जाती हैं जो मोबाइल संतुलन की स्थिति में हैं। चूँकि एरोमैटिक एमाइन फिनोल की तुलना में अधिक मजबूत इलेक्ट्रॉन दाता होते हैं, जिस रूप में वलय अमीन के टुकड़े के साथ इंटरैक्ट करता है, वह प्रबल होता है। हालांकि, माध्यम की अम्लता को बदलकर संतुलन की स्थिति को बदला जा सकता है। अत्यधिक अम्लीय माध्यम में, अमीन नाइट्रोजन परमाणु प्रोटॉनित होते हैं; स्वयं इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता बन जाते हैं, और bis-dipyridinium वलय पूरी तरह से फेनोलिक खंड में कूद जाता है। यही बात तब होती है जब बाहरी विद्युत रासायनिक क्षमता बदल जाती है। जाहिर है, इस उपकरण के आधार पर एक आणविक स्विच बनाया जा सकता है। ऐसा माना जाता है कि इस तरह के आणविक उपकरण नैनो प्रौद्योगिकी के भविष्य के विकास को सक्षम करेंगे, जो वर्तमान में प्रमुख अर्धचालक प्रौद्योगिकी को काफी हद तक बदल देगा।
सुपरमॉलेक्यूलर केमिस्ट्री की विशेषताओं के बारे में बोलते हुए, इस तथ्य पर ध्यान देना चाहिए कि विस्तृत और पूर्ण संरचनात्मक डेटा इस विज्ञान में एक विशेष, अत्यंत महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। स्थानिक विन्यास और सुपरमॉलेक्यूलर सिस्टम के घटकों की सापेक्ष स्थानिक व्यवस्था के विशिष्ट विश्लेषण के बिना इस क्षेत्र में प्रगति असंभव होगी। पूर्वगामी संरचनात्मक रसायन विज्ञान के एक प्राकृतिक भाग के रूप में सुपरमॉलेक्यूलर रसायन विज्ञान पर विचार करने के लिए आधार देता है।
जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, सुपरमॉलेक्यूलर रसायन विज्ञान के कई विचार और खंड वास्तव में इसके औपचारिक जन्म से बहुत पहले उत्पन्न हुए थे। इसमें हम जोड़ सकते हैं कि इंटरमॉलिक्युलर इंटरैक्शन की प्रकृति (हाइड्रोजन बॉन्ड और अन्य विशिष्ट इंटरैक्शन सहित), उनकी ऊर्जा और विभिन्न प्रक्रियाओं में भूमिका का लंबे समय से सावधानीपूर्वक अध्ययन किया गया है, जिसमें सुपरमॉलेक्यूलर केमिस्ट्री की संरचनात्मक पहलू विशेषता भी शामिल है। इस प्रकार, पूरे स्कूलों ने रूस में काम किया, व्यापक रूप से इंटरमॉलिक्युलर इंटरैक्शन का अध्ययन किया।
आणविक क्रिस्टल की संरचना, विशेष रूप से "मिश्रित", जैसे क्लैथ्रेट्स, का अध्ययन ए.आई. कितायगोरोडस्की एट अल द्वारा किया गया था। , सोखना और क्रोमैटोग्राफी में अंतर-आणविक अंतःक्रियाएं ए वी केसेलेव एट अल द्वारा शोध का विषय बन गईं। , अणुओं के अनुरूपता पर गैर-वैलेंस इंटरैक्शन का प्रभाव वीजी दाशेव्स्की के कार्यों का विषय बन गया। और फिर भी सुपरमॉलेक्यूलर केमिस्ट्री के रचनाकारों को उचित रूप से जे.-एम माना जाता है। लेन, सी जे पेडर्सन, और डी जे क्रुम।
इन उत्कृष्ट वैज्ञानिकों की मुख्य योग्यता इस तथ्य में निहित है कि उन्होंने पारंपरिक रसायन विज्ञान के शस्त्रागार, अंतर-आणविक बलों के भौतिक और रासायनिक अध्ययन में उपलब्धियों और मौलिक रूप से नई रासायनिक वस्तुओं के निर्माण के लिए आधुनिक भौतिक अनुसंधान विधियों की सभी शक्तियों को निर्देशित किया। जिसका सैद्धांतिक और व्यावहारिक महत्व असाधारण रूप से महान है और, जाहिरा तौर पर, अभी तक पूरी तरह से समझा नहीं गया है।
साहित्य
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सुपरमॉलेक्यूलर (सुपरमॉलेक्यूलर) केमिस्ट्री (सुपरमॉलेक्यूलर केमिस्ट्री, सुपरमॉलिक्युलर केमिस्ट्री) विज्ञान का एक अंतःविषय क्षेत्र है, जिसमें रासायनिक, भौतिक और जैविक पहलूअणुओं की तुलना में अधिक जटिल विचार, रासायनिक प्रणालीइंटरमॉलिक्युलर (गैर-सहसंयोजक) इंटरैक्शन के माध्यम से एक पूरे में जुड़ा हुआ है। सुपरमॉलेक्यूलर केमिस्ट्री की वस्तुएँ - सुपरमॉलेक्यूलर एसेम्बल्स, पूरक से अनायास निर्मित, अर्थात्, सबसे जटिल के एक सहज संयोजन की तरह, टुकड़ों का एक ज्यामितीय और रासायनिक पत्राचार होना स्थानिक संरचनाएंएक जीवित कोशिका में। में से एक मूलभूत समस्याएं आधुनिक रसायन शास्त्रऐसी प्रणालियों का निर्देशित डिज़ाइन है, किसी दिए गए संरचना और गुणों के साथ आणविक "बिल्डिंग ब्लॉक्स" से अत्यधिक ऑर्डर किए गए सुपरमॉलेक्यूलर यौगिकों का निर्माण। सुपरमॉलेक्यूलर संरचनाओं को उनके घटकों की स्थानिक व्यवस्था, उनकी वास्तुकला, "सुपरस्ट्रक्चर", साथ ही साथ घटकों को एक साथ रखने वाले इंटरमॉलिक्युलर इंटरैक्शन के प्रकार की विशेषता है। सामान्य तौर पर, इंटरमॉलिक्युलर इंटरैक्शन सहसंयोजक बंधों की तुलना में कमजोर होते हैं, जिससे कि सुपरमॉलेक्यूलर सहयोगी कम थर्मोडायनामिक रूप से स्थिर, गतिज रूप से अधिक प्रयोगशाला और गतिशील रूप से अणुओं की तुलना में अधिक लचीले होते हैं।
सुपरमॉलेक्यूलर केमिस्ट्री की शब्दावली के अनुसार, सुपरमॉलेक्यूलर एसोसिएट्स के घटकों को कहा जाता है रिसेप्टर(ρ) और सब्सट्रेट(σ), जहां सब्सट्रेट छोटा घटक है जो बंधन में प्रवेश करता है। शर्तें कनेक्शन सक्षम करें, क्लैथ्रेटऔर अतिथि-मेजबान प्रकार का कनेक्शन (जटिल)ठोस अवस्था में मौजूद यौगिकों को चिह्नित करें और ठोस सुपरमॉलेक्यूलर पहनावा से संबंधित हों।
एक निश्चित सब्सट्रेट का चयनात्मक बंधन और उसके रिसेप्टर ρ गठन के साथ सुपरमॉलिक्युलसप्रक्रिया के परिणामस्वरूप होता है आणविक मान्यता. यदि, बाध्यकारी साइटों के अलावा, रिसेप्टर में प्रतिक्रियाशील कार्यात्मक समूह होते हैं, तो यह रसायन को प्रभावित कर सकता है परिवर्तनइसके संबद्ध सब्सट्रेट पर, एक सुपरमॉलेक्यूलर उत्प्रेरक के रूप में कार्य करता है। लिपोफिलिक, झिल्ली-घुलनशील रिसेप्टर के रूप में कार्य कर सकता है वाहक, बाहर ले जाना यातायात, स्थानांतरण करनासंबद्ध सब्सट्रेट। इस प्रकार, आणविक मान्यता, परिवर्तन, स्थानांतरण सुपरमॉलेक्यूलर वस्तुओं के मुख्य कार्य हैं।
सुपरमॉलेक्यूलर रसायन विज्ञान को दो व्यापक, अतिव्यापी क्षेत्रों में विभाजित किया जा सकता है, जिनका क्रमशः इलाज किया जाता है: 1) सुपरमॉलिक्युलस- अच्छी तरह से परिभाषित, असतत ओलिगोआणविक मान्यता के सिद्धांतों के आधार पर संचालित एक निश्चित "कार्यक्रम" के अनुसार कई घटकों (रिसेप्टर और सब्सट्रेट (एस)) के इंटरमॉलिक्युलर एसोसिएशन के कारण उत्पन्न होने वाली आणविक संरचनाएं; 2) सुपरमॉलेक्यूलर एसेम्बल्स- स्वतःस्फूर्त संघ से उत्पन्न बहुआण्विक सहयोगी अनिश्चित काल के लिए एक लंबी संख्याएक विशिष्ट चरण में घटक, सूक्ष्म स्तर पर अधिक या कम निश्चित संगठन द्वारा विशेषता और चरण की प्रकृति (फिल्म, परत, झिल्ली, पुटिका, मेसोमोर्फिक चरण, क्रिस्टल, आदि) के आधार पर मैक्रोस्कोपिक गुण।
रिसेप्टर के सापेक्ष सब्सट्रेट के स्थान का वर्णन करने के लिए एक विशेष औपचारिकता का उपयोग किया जाता है। बाहरी जोड़ परिसरों को , या के रूप में नामित किया जा सकता है। को में शामिल करने और σ और के आंशिक प्रतिच्छेदन के परिसरों को निरूपित करने के लिए, हम उपयोग करते हैं गणितीय प्रतीकसमावेशन और चौराहों - और , क्रमशः। मॉडर्न में रासायनिक साहित्यप्रतीक के साथ, वैकल्पिक प्रतीक @ का भी अक्सर उपयोग किया जाता है।
सुपरमॉलेक्यूलर केमिस्ट्री नामक विज्ञान के क्षेत्र के विकास का विश्लेषण किया जाता है। इस अनुशासन की मुख्य परिभाषाएँ और अवधारणाएँ दी गई हैं। एक ऐतिहासिक संदर्भ में, सुपरमॉलेक्यूलर रसायन विज्ञान की नींव रखने वाले अध्ययनों पर विचार किया जाता है। इसकी कुछ विशिष्ट वस्तुओं, क्लैथ्रेट्स और साइक्लोडेक्सट्रिन के उदाहरण दिए गए हैं। यह उल्लेखनीय है कि हाल की उपलब्धियांसुपरमॉलेक्यूलर केमिस्ट्री में और अधिकांश आशाजनक क्षेत्रइसके उपयोग स्व-संयोजन और स्व-संगठन की प्रक्रियाओं से जुड़े हैं, जो विशेष रूप से, सुपरमॉलेक्यूलर संश्लेषण और आणविक और सुपरमॉलेक्यूलर उपकरणों के निर्माण में लागू किया जा सकता है।
सुपरमॉलेक्यूलर केमिस्ट्री। पार्श्वभूमि
सुपरमॉलेक्यूलर केमिस्ट्री सबसे कम उम्र की और एक ही समय में तेजी से है विकासशील क्षेत्ररसायन विज्ञान। अपने अस्तित्व के 25 - 30 वर्षों के लिए, यह पहले से ही कई महत्वपूर्ण चरणों से गुजरने में कामयाब रहा है, लेकिन साथ ही, इस अनुशासन के मुख्य विचार और अवधारणाएं अभी तक प्रसिद्ध नहीं हैं और आम तौर पर स्वीकार की जाती हैं। इस समीक्षा में, हमने सुपरमॉलेक्यूलर केमिस्ट्री नामक विज्ञान के क्षेत्र के विकास का पता लगाने की कोशिश की है, ताकि इसके मुख्य कार्यों की सबसे सफल परिभाषाओं की पहचान की जा सके और सबसे महत्वपूर्ण अवधारणाएंऔर रूपरेखा भी आधुनिकतमऔर दृष्टिकोण।
शब्द "सुपरमॉलेक्यूलर केमिस्ट्री" और इस अनुशासन की बुनियादी अवधारणाओं को फ्रांसीसी वैज्ञानिक जे.एम. द्वारा पेश किया गया था। 1978 में लेनोम पहले के कार्यों के विकास और सामान्यीकरण के हिस्से के रूप में (विशेष रूप से, 1973 में "सुपरमोलेक्यूल" शब्द उनके कार्यों में दिखाई दिया)। सुपरमॉलेक्यूलर रसायन विज्ञान को शब्दों द्वारा परिभाषित किया गया था: "जिस तरह सहसंयोजक बंधों पर आधारित आणविक रसायन विज्ञान का एक क्षेत्र है, उसी तरह सुपरमॉलेक्यूलर रसायन विज्ञान का एक क्षेत्र भी है, आणविक पहनावा और अंतर-आणविक बंधनों का रसायन।" इसके बाद, इस पहली परिभाषा में कई बार सुधार किया गया। लेन द्वारा दी गई एक अन्य परिभाषा का एक उदाहरण: "सुपरमॉलेक्यूलर केमिस्ट्री "अणु से परे रसायन है" जो दो या दो से अधिक संघों की संरचना और कार्य का अध्ययन करता है। रासायनिक कणअंतर-आणविक बलों द्वारा एक साथ आयोजित।
कई मामलों में, सुपरमॉलेक्यूलर सिस्टम बनाने वाले घटकों को कहा जा सकता है आणविक जीव विज्ञान) आणविक रिसेप्टर और सब्सट्रेट, बाद वाला छोटा घटक होता है जिसे बाध्य करने की आवश्यकता होती है।
किसी रासायनिक वस्तु का पर्याप्त रूप से वर्णन करने के लिए, उसके तत्वों और उनके बीच के बंधनों के प्रकार, साथ ही स्थानिक (ज्यामितीय, टोपोलॉजिकल) विशेषताओं को इंगित करना आवश्यक है। सुपरमॉलेक्यूलर रसायन विज्ञान की वस्तुओं, सुपरमॉलेक्यूल्स में वही निश्चितता होती है जो उन्हें बनाने वाले अलग-अलग अणुओं में होती है। यह कहा जा सकता है कि "सुपरमोलेक्यूल्स अणुओं के संबंध में हैं जो अणु परमाणुओं के संबंध में हैं, और सुपरमोलेक्यूल्स में सहसंयोजक बंधों की भूमिका इंटरमॉलिक्युलर इंटरैक्शन द्वारा निभाई जाती है"।
लेहन के अनुसार, सुपरमॉलेक्यूलर रसायन विज्ञान को दो व्यापक, अतिव्यापी क्षेत्रों में विभाजित किया जा सकता है:
- सुपरमॉलेक्यूल्स का रसायन - स्पष्ट रूप से परिभाषित ओलिगोमोलेक्यूलर कण जो कई घटकों के इंटरमॉलिक्युलर एसोसिएशन से उत्पन्न होते हैं - रिसेप्टर और इसके सब्सट्रेट (सब्सट्रेट) और आणविक मान्यता के सिद्धांत पर निर्मित;
- आणविक पहनावा का रसायन विज्ञान - पॉलीमॉलेक्यूलर सिस्टम जो एक विशिष्ट चरण में संक्रमण के साथ अनिश्चित संख्या के घटकों के सहज जुड़ाव के परिणामस्वरूप बनते हैं, जिसमें कम या ज्यादा स्पष्ट रूप से परिभाषित सूक्ष्म संगठन और इसकी प्रकृति पर निर्भर विशेषताएं होती हैं (उदाहरण के लिए, क्लैथ्रेट्स, झिल्ली, पुटिका, मिसेल)।
सुपरमॉलेक्यूलर संरचनाओं को घटकों की स्थानिक व्यवस्था, उनकी वास्तुकला, "सुपरस्ट्रक्चर", साथ ही साथ घटकों को एक साथ रखने वाले इंटरमॉलिक्युलर इंटरैक्शन के प्रकारों की विशेषता हो सकती है। सुपरमॉलेक्यूलर पहनावा में अच्छी तरह से परिभाषित संरचनात्मक, गठनात्मक, थर्मोडायनामिक, गतिज और गतिशील गुण होते हैं; उनमें विभिन्न प्रकार की बातचीत को प्रतिष्ठित किया जा सकता है, उनकी ताकत, दिशात्मकता, दूरियों और कोणों पर निर्भरता में भिन्नता: धातु आयनों, इलेक्ट्रोस्टैटिक बलों, हाइड्रोजन के साथ समन्वय बातचीत बॉन्ड, वैन-डेर वाल्स इंटरैक्शन, डोनर-स्वीकर्ता इंटरैक्शन, आदि। इंटरैक्शन की ताकत कमजोर या मध्यम से, एक विस्तृत श्रृंखला में भिन्न हो सकती है, जैसे कि गठन में हाइड्रोजन बांड, मजबूत और बहुत मजबूत, जैसे कि धातु के साथ समन्वय बंधन के निर्माण में। हालांकि, सामान्य तौर पर, इंटरमॉलिक्युलर इंटरैक्शन की तुलना में कमजोर होते हैं सहसंयोजी आबंध, ताकि सुपरमॉलेक्यूलर सहयोगी अणुओं की तुलना में कम थर्मोडायनामिक रूप से स्थिर, काइनेटिक रूप से अधिक लैबाइल और गतिशील रूप से अधिक लचीले हों।
इस प्रकार, सुपरमॉलेक्यूलर रसायन विज्ञान एक एकीकृत दृष्टिकोण से सभी प्रकार के आणविक सहयोगियों पर विचार करना संभव बनाता है, सबसे छोटे संभव (डिमर) से सबसे बड़े (संगठित चरणों) तक। उसी समय, एक बार फिर इस बात पर जोर देना आवश्यक है कि सुपरमॉलेक्यूलर रसायन विज्ञान की वस्तुओं में आवश्यक रूप से ऐसे भाग (उप-प्रणालियाँ) होते हैं जो सहसंयोजक बंधित नहीं होते हैं।
लेहन ने अंजीर में दिखाई गई योजना के साथ आणविक से सुपरमॉलेक्यूलर रसायन विज्ञान में संक्रमण का वर्णन करने का प्रस्ताव रखा। एक ।
सुपरमोलेक्यूल्स के मुख्य कार्य: आणविक मान्यता, परिवर्तन (उत्प्रेरण) और स्थानांतरण। आणविक और सुपरमॉलेक्यूलर उपकरणों को बनाने के लिए संगठित पॉलीमॉलेक्यूलर असेंबलियों और चरणों के साथ कार्यात्मक सुपरमोलेक्यूल्स का उपयोग किया जा सकता है।लेहन के अलावा, किसी को सी जे पेडर्सन और डी जे क्रुम का भी उल्लेख करना चाहिए, जिनके काम और शोध ने सुपरमॉलेक्यूलर रसायन विज्ञान के विकास में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई। 1987 में इन तीन वैज्ञानिकों को सम्मानित किया गया नोबेल पुरुस्काररसायन विज्ञान में ("मेजबान-अतिथि" प्रकार के आणविक परिसरों को चुनिंदा रूप से बनाने में सक्षम मैक्रोथेरोसायक्लिक यौगिकों के रसायन विज्ञान के विकास में निर्णायक योगदान के लिए)।
अनुसंधान जिसने सुपरमॉलेक्यूलर केमिस्ट्री की नींव रखी
सुपरमॉलेक्यूलर केमिस्ट्री की बुनियादी अवधारणाओं की उत्पत्ति अतीत में और इस सदी की शुरुआत में किए गए कार्यों में पाई जा सकती है। इसलिए, 1906 में पी। एर्लिच ने वास्तव में रिसेप्टर और सब्सट्रेट की अवधारणाओं को पेश किया, इस बात पर जोर देते हुए कि अणु एक दूसरे के साथ प्रतिक्रिया नहीं करते हैं यदि वे पहले एक निश्चित बंधन में प्रवेश नहीं करते हैं। हालाँकि, बंधन कोई नहीं, बल्कि चयनात्मक होना चाहिए। ई. फिशर द्वारा 1894 में इस पर जोर दिया गया था, जब उन्होंने अपना "की-लॉक" सिद्धांत तैयार किया, एक सिद्धांत जो बताता है कि स्टेरिक पत्राचार, रिसेप्टर और सब्सट्रेट की ज्यामितीय पूरकता, आणविक मान्यता का आधार है। अंत में, चयनात्मक बंधन के लिए भागीदारों के बीच बातचीत, आत्मीयता की आवश्यकता होती है, और इस विचार की जड़ों को ए। वर्नर के कार्यों में खोजा जा सकता है, जो इस संबंध में सुपरमॉलेक्यूलर रसायन विज्ञान को सामान्यीकरण और समन्वय रसायन विज्ञान का विकास बनाता है।
जे-एम के अनुसार। लेन, इन तीन अवधारणाओं - निर्धारण (बाध्यकारी), मान्यता और समन्वय - ने सुपरमॉलेक्यूलर रसायन विज्ञान की नींव रखी।
सुपरमॉलेक्यूलर केमिस्ट्री की कुछ अन्य अवधारणाएँ भी लंबे समय से जानी जाती हैं। यहां तक कि टर्म « "बेरमोलेक्यूल", यानी। सुपर-, या सुपरमोलेक्यूल, पहले से ही 30 के दशक के मध्य में पेश किया गया था। अधिक वर्णन करने के लिए हमारी सदी ऊँचा स्तरसमन्वयात्मक रूप से संतृप्त अणुओं के जुड़ाव से उत्पन्न होने वाला संगठन (उदाहरण के लिए, एक डिमर के निर्माण के दौरान) सिरका अम्ल) जीव विज्ञान में सुपरमॉलेक्यूलर संगठन की महत्वपूर्ण भूमिका सर्वविदित थी।
हालांकि, सिस्टम में एक स्वतंत्र क्षेत्र के रूप में सुपरमॉलेक्यूलर केमिस्ट्री का उदय और विकास रासायनिक विज्ञानबहुत बाद में हुआ। यहाँ वही है जो जे.-एम. लेन ने अपनी पुस्तक में: "... एक नए के उद्भव और तेजी से विकास के लिए" वैज्ञानिक अनुशासनतीन स्थितियों के संयोजन की आवश्यकता है। सबसे पहले, एक नए प्रतिमान को पहचानना आवश्यक है जो असमान के महत्व को दर्शाता है और पहली नज़र में नहीं संबंधित अवलोकन, डेटा, परिणाम और उन्हें एक सुसंगत संपूर्ण में संयोजित करना। दूसरे, इस क्षेत्र में वस्तुओं का अध्ययन करने के लिए उपकरणों की आवश्यकता होती है, और यहाँ आधुनिक तकनीकों के विकास ने सुपरमॉलेक्यूलर रसायन विज्ञान के लिए एक निर्णायक भूमिका निभाई है। भौतिक तरीकेसंरचना और गुण अध्ययन (आईआर, यूवी और विशेष रूप से एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी, मास स्पेक्ट्रोमेट्री, एक्स - रे विवर्तनआदि), जो कम-ऊर्जा गैर-सहसंयोजक अंतःक्रियाओं की विशेषता वाले अपेक्षाकृत प्रयोगशाला सुपरमॉलेक्यूलर एनसेंबल का भी अध्ययन करना संभव बनाता है। तीसरा, नए प्रतिमान को स्वीकार करने के लिए वैज्ञानिक समुदाय की इच्छा इस तरह से आवश्यक है कि नया अनुशासनन केवल इसमें सीधे तौर पर शामिल विशेषज्ञों के बीच, बल्कि विज्ञान के निकट (और बहुत करीब नहीं) क्षेत्रों में भी प्रतिक्रिया मिल सकती है। यह सुपरमॉलेक्यूलर केमिस्ट्री के साथ हुआ है, जहाँ तक पिछले 25 वर्षों में इसके विकास और अन्य विषयों में प्रवेश की तीव्र गति से अंदाजा लगाया जा सकता है।
लेहन के अनुसार, "... सुपरमॉलेक्यूलर केमिस्ट्री, जैसा कि हम आज जानते हैं, प्राकृतिक और सिंथेटिक मैक्रोसाइक्लिक और मैक्रोपॉलीसाइक्लिक लिगैंड्स, क्राउन ईथर और क्रिप्टैंड्स द्वारा क्षार धातु के पिंजरों के चयनात्मक बंधन के अध्ययन के साथ शुरू हुआ"।
इस प्रकार के प्राकृतिक यौगिकों में सबसे पहले एंटीबायोटिक वैलिनोमाइसिन का उल्लेख किया जाना चाहिए। 1963 में इसकी संरचना का गूढ़ रहस्य, जिसमें यू.ए. ओविचिनिकोव के नेतृत्व में सोवियत वैज्ञानिकों ने एक महान योगदान दिया, सामान्य खोज से बहुत आगे निकल गया। यह चक्रीय डिप्सिपेप्टाइड (यह एमाइड और एस्टर बॉन्ड द्वारा परस्पर जुड़े अमीनो और हाइड्रॉक्सी एसिड अवशेषों से बनाया गया है) झिल्ली-सक्रिय परिसरों, या आयनोफोर्स में पहला निकला। ऐसे नाम इन पदार्थों की देने की क्षमता को दर्शाते हैं जटिल यौगिकसीओ क्षार धनायनसमाधान में और के माध्यम से बाध्य कटियन को स्थानांतरित करें जैविक झिल्ली. आयनोफोर्स की खोज के साथ, जीवित प्रणालियों में आयन प्रवाह के उद्देश्यपूर्ण विनियमन की संभावना एक वास्तविक संभावना बन गई। झिल्ली-सक्रिय परिसरों के क्षेत्र में काम के लिए, ओविचिनिकोव और उनके सहकर्मियों को 1978 में सम्मानित किया गया था लेनिन पुरस्कार.
रसायन कार्बनिक। आणविक संरचना
A. कार्बन के रासायनिक बांड
कार्बन की रासायनिक प्रकृति, धातुओं और विशिष्ट गैर-धातुओं के बीच मध्यवर्ती, इसे सहसंयोजक बंधन बनाने की अनुमति देती है एक लंबी संख्यातत्व, अक्सर हाइड्रोजन, ऑक्सीजन, नाइट्रोजन, हैलोजन, सल्फर और फास्फोरस के साथ। कार्बन किसके साथ बंध बनाता है? एक उच्च डिग्रीअधिक विद्युत धनात्मक धातुओं के साथ आयनिक प्रकृति, लेकिन ऐसे पदार्थ अत्यधिक प्रतिक्रियाशील होते हैं और संश्लेषण में मध्यवर्ती के रूप में उपयोग किए जाते हैं। कार्बन-कार्बन बांड सहसंयोजक प्रकृति के होते हैं और सरल (एकल), दोहरे, तिहरे और सुगंधित होते हैं
(अणु संरचना देखें)।
सुगंधित प्रणाली।बेंजीन - सुगंधित यौगिकों के वर्ग के पूर्वज - में एक अद्वितीय स्थिरता होती है और इसमें प्रवेश करती है रसायनिक प्रतिक्रिया, जो गैर-सुगंधित प्रणालियों की प्रतिक्रियाओं से अलग हैं। अन्य सुगंधित प्रणालियाँ हैं, जिनमें से सबसे आम में पी-ऑर्बिटल्स हैं जो रिंग के प्रत्येक परमाणु पर पी-बॉन्ड बनाने के लिए उपलब्ध हैं। पाँच अंग रिंग सिस्टमदो संयुग्मित (अर्थात, सरल के साथ बारी-बारी से) दोहरे बंधन के साथ और पांचवां परमाणु जिसमें इलेक्ट्रॉनों का एक अकेला जोड़ा होता है, उनके गुणों में भी सुगंधित होते हैं। नीचे इनमें से कुछ प्रणालियां दी गई हैं:
सुगंधितता की अवधारणा को जर्मन रसायनज्ञ ई। हकल द्वारा सामान्यीकृत किया गया था। हकल के नियम के अनुसार, 4n + 2 p-इलेक्ट्रॉनों के साथ तलीय चक्रीय संयुग्मित प्रणालियाँ सुगंधित और स्थिर होती हैं, जबकि 4n p-इलेक्ट्रॉनों वाली समान प्रणालियाँ एंटीरोमैटिक और अस्थिर होती हैं।
चक्रीय प्रणालियों की स्थिरता।एक अस्थिर में संयोजकता कोण (बंधों के बीच का कोण) टुकड़ा सी-सी-सी 109 डिग्री है, और इस मान को बनाए रखने वाले छल्ले उन लोगों की तुलना में अधिक स्थिर होते हैं जहां कोण इस मान से बहुत अधिक विचलित होते हैं। बंधन कोणों के विरूपण के परिणामस्वरूप चक्रीय प्रणालियों में होने वाले तनाव को बायर वोल्टेज कहा जाता है - के बाद जर्मन रसायनज्ञए. बेयर, जिन्होंने सबसे पहले संतृप्त वलयों की स्थिरता के लिए ऐसी व्याख्या प्रस्तावित की थी। तो, तीन-सदस्यीय वलयों में, जहाँ बंधन कोणकेवल 60 ° है, छल्ले अत्यधिक तनावग्रस्त हैं और आसानी से फटे हुए हैं; उनकी कुछ अभिक्रियाएँ C=C द्विबंध अभिक्रियाओं से मिलती-जुलती हैं। चार-सदस्यीय वलय भी तनावपूर्ण होते हैं (बंध कोण 90°), लेकिन उतनी दृढ़ता से नहीं। पाँच-सदस्यीय वलय लगभग सपाट हैं और उनके कोण 108° हैं; इसलिए वे अस्थिर और स्थिर हैं। छह-सदस्यीय वलयों जैसे साइक्लोहेक्सेन में, कार्बन परमाणु एक ही तल में नहीं होते हैं; ऐसे चक्रों को मोड़ा जाता है, जिससे रिंग का तनाव कम होता है। पांच- और छह-सदस्यीय छल्ले सबसे आम हैं। बड़े वलय भी झुर्रियों से कोणीय तनाव को कम करने में सक्षम हैं, लेकिन उनमें से कुछ (सात से बारह-सदस्यीय) हाइड्रोजन परमाणु प्रति विपरीत दिशाएंअंगूठियां इतनी अधिक पहुंचती हैं कि उनका प्रतिकर्षण कनेक्शन को कम स्थिर बनाता है (प्रीलॉग वोल्टेज, स्विस केमिस्ट वी। प्रीलॉग के नाम पर, जिन्होंने इस प्रभाव की खोज की)।
निरंकुशता।यदि एक अणु या आयन को कई संरचनाओं के रूप में दर्शाया जा सकता है जो केवल इलेक्ट्रॉनों के वितरण में एक दूसरे से भिन्न होते हैं, तो इन संरचनाओं को गुंजयमान कहा जाता है, और गुंजयमान रूप एक दूसरे के साथ संतुलन में नहीं होते हैं, बस एक वास्तविक इलेक्ट्रॉनिक संरचनाअणु कहीं इन चरम सीमाओं के बीच में हैं। हालाँकि, ऐसी परिस्थितियाँ होती हैं जिनमें परमाणु एक अणु में गति करते हैं जब सामान्य स्थितिइतनी तेजी से कि विभिन्न आणविक रूपों के बीच एक संतुलन स्वतः स्थापित हो जाता है। इस घटना को टॉटोमेरिज्म कहा जाता है। एक उदाहरण कीटोन और एनोल (कीटो-एनोल टॉटोमेरिज्म) के बीच संतुलन है:
यहाँ, दो यौगिक केवल हाइड्रोजन धनायन और इलेक्ट्रॉनों के युग्म (p-आबंध में) की व्यवस्था में भिन्न हैं। संतुलन जल्दी स्थापित हो जाता है, लेकिन दृढ़ता से कीटो रूप की ओर स्थानांतरित हो जाता है। इसलिए, -C=C-OH संरचना वाली ऐल्कोहॉल आमतौर पर अस्थिर होती हैं और जब तक कुछ नहीं होती हैं, तब तक वे तेजी से कीटो रूप में परिवर्तित हो जाती हैं संरचनात्मक विशेषता, एनोल रूप को स्थिर करना, उदाहरण के लिए, फिनोल में, जो कीटो रूप में संक्रमण पर, अपने सुगंधित चरित्र को खो देगा:
अणुओं में टॉटोमेरिज्म आम है जिनकी संरचना -सीएच = एक्स या -सी = एक्सएच है, जहां एक्स एस, ओ या एन है। इस प्रकार, एच 2 सी = सी (एनएच 2) -सीएच 3 अणु तेजी से एच 3 सी-सी (= एनएच) में पुनर्व्यवस्थित होता है। )- CH3, और R-C(OH)=NH imides को R-C(=O)NH2 एमाइड में पुनर्व्यवस्थित करता है। बार्बिट्यूरिक एसिड और संबंधित यौगिकों जैसे जैविक रूप से महत्वपूर्ण हेट्रोसायक्लिक सिस्टम में टॉटोमेरिज्म आम है:
टॉटोमेरिक संतुलन में ऐसे पदार्थ अक्सर दोनों रूपों की विशेषता प्रतिक्रियाओं में प्रवेश करते हैं।
अन्य तेज संतुलन।संबंधित संरचनाओं वाले अणुओं के बीच अन्य तेज संतुलन को भी जाना जाता है। यदि OH, SH, या NH2 समूहों में से कोई भी दो एक ही कार्बन परमाणु पर हैं, तो यौगिक आमतौर पर दोगुने बंधित रूप की तुलना में अस्थिर होता है:
ऐसे मामले हैं जहां यह संतुलन डायहाइड्रॉक्सी यौगिक की ओर स्थानांतरित हो जाता है। गैसीय फॉर्मेल्डिहाइड की संरचना CH2=O होती है, लेकिन in जलीय घोलयह एक पानी के अणु को जोड़ता है, HO-CH2-OH को प्रमुख रूप में प्राप्त करता है। क्लोरल हाइड्रेट Cl3CCH(OH)2 तीन क्लोरीन परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन-निकासी प्रभाव के परिणामस्वरूप डायहाइड्रॉक्सिल रूप में स्थिर है।
बी आइसोमेरिया
कार्बन श्रृंखला का समरूपता।अणु जो केवल कार्बन श्रृंखला की शाखाओं में भिन्न होते हैं, चेन आइसोमर्स कहलाते हैं। एक उदाहरण पहले ही दिया जा चुका है - यह एन-ब्यूटेन और आइसोब्यूटेन की एक आइसोमेरिक जोड़ी है।
संवयविता कार्यात्मक समूह.
एक ही सकल सूत्रों वाले अणु लेकिन विभिन्न कार्यात्मक समूह कार्यात्मक आइसोमर होते हैं, उदाहरण के लिए इथेनॉल C2H5OH और डाइमिथाइल ईथर CH3-O-CH3।
स्थिति समरूपता।स्थितीय समावयवों के सकल सूत्र और कार्यात्मक समूह समान होते हैं, लेकिन उनके अणुओं में कार्यात्मक समूहों की स्थिति भिन्न होती है। इस प्रकार, 1-क्लोरोप्रोपेन CH3CH2CH2Cl और 2-क्लोरोप्रोपेन CH3CHClCH3 स्थितीय आइसोमर हैं।
ज्यामितीय समरूपता।ज्यामितीय समावयवों में समान क्रम में जुड़े हुए समान परमाणु होते हैं, लेकिन इन परमाणुओं की स्थानिक व्यवस्था में भिन्नता होती है दोहरा बंधनया अंगूठियां। ओलेफिन के सीआईएस-ट्रांस आइसोमेरिज्म और ऑक्सिम्स के सिन-एंटी-आइसोमेरिज्म इस प्रकार के हैं।
ऑप्टिकल आइसोमेरिज्म।अणु ऑप्टिकल आइसोमर कहलाते हैं जब वे एक ही तरह से जुड़े हुए समान परमाणुओं से बने होते हैं, लेकिन इन परमाणुओं की स्थानिक व्यवस्था में उसी तरह भिन्न होते हैं जैसे कि दायाँ हाथबाएं से अलग। ऐसा समावयवता तभी संभव है जब अणु असममित हो, अर्थात्। जब इसमें सममिति का तल नहीं होता है। सबसे आसान तरीकाऐसी स्थिति में - चार अलग-अलग समूहों का कार्बन परमाणु से लगाव। तब अणु असममित हो जाता है और दो आइसोमेरिक रूपों में मौजूद होता है। अणु केवल केंद्रीय कार्बन परमाणु से लगाव के क्रम में भिन्न होते हैं, जिसे एक असममित कार्बन परमाणु या एक चिरल केंद्र कहा जाता है, क्योंकि यह चार से जुड़ा होता है। विभिन्न समूह. ध्यान दें कि दो ऑप्टिकल आइसोमर हैं दर्पण प्रतिबिंबएक-दूसरे से; उन्हें "एनेंटिओमर्स" या "ऑप्टिकल एंटीपोड" कहा जाता है और उनमें समान भौतिक और रासायनिक गुण होते हैं, सिवाय इसके कि वे विमान को घुमाते हैं केन्द्रीकृत प्रकाशमें विपरीत दिशाओं मेऔर उन यौगिकों के साथ अलग तरह से प्रतिक्रिया करते हैं जो स्वयं ऑप्टिकल आइसोमर हैं। एक आइसोमर जो ध्रुवीकृत प्रकाश के तल को दक्षिणावर्त घुमाता है उसे d- ("डेक्सट्रो" से - दाएं) या (+) - आइसोमर कहा जाता है; आइसोमर जो प्रकाश को वामावर्त घुमाता है उसे l- ("बाएं" से - बाएं) या (-) - आइसोमर कहा जाता है। जब एक अणु में एक से अधिक असममित केंद्र मौजूद होते हैं, तो ऑप्टिकल आइसोमर्स की अधिकतम संभव संख्या 2n होती है, जहां n असममित केंद्रों की संख्या होती है। कभी-कभी इनमें से कुछ आइसोमर्स समान होते हैं, और इससे ऑप्टिकल आइसोमर्स की संख्या कम हो जाती है। इस प्रकार, मेसो-आइसोमर ऑप्टिकल आइसोमर होते हैं जो वैकल्पिक रूप से निष्क्रिय होते हैं क्योंकि उनके पास समरूपता का एक विमान होता है। प्रकाशिक समावयवी जो दर्पण प्रतिबिम्ब नहीं हैं, "डायस्टेरेमर्स" कहलाते हैं; वे भौतिक में भिन्न हैं और रासायनिक गुणजिस प्रकार ज्यामितीय समावयवी उनमें भिन्न होते हैं। इन अंतरों को छह-कार्बन सीधी-श्रृंखला वाली शर्करा के उदाहरण से स्पष्ट किया जा सकता है निम्नलिखित संरचना: CH2OH-*CHOH-*CHOH-*CHOH-*CHOH-CHO। यहां, चार असममित परमाणु, एक तारक के साथ चिह्नित, प्रत्येक चार अलग-अलग समूहों से जुड़े हुए हैं; इस प्रकार, 24, या 16, समावयवी संभव हैं। ये 16 आइसोमर्स 8 जोड़े एनैन्टीओमर बनाते हैं; कोई भी जोड़ा जो एनैन्टीओमर नहीं है, डायस्टेरोमर हैं। इन 16 शर्कराओं में से छह को तथाकथित रूप से नीचे प्रस्तुत किया गया है। फिशर अनुमान।
एनैन्टीओमर्स के लिए पदनाम डी- और एल- रोटेशन की दिशा (डी या एल के रूप में चिह्नित) का उल्लेख नहीं करते हैं, लेकिन सबसे कम (फिशर प्रोजेक्शन में) असममित कार्बन पर ओएच की स्थिति के लिए: जब ओएच दाईं ओर है, आइसोमर को डी के रूप में दर्शाया जाता है, जब बाईं ओर, एल। डी - और ग्लूकोज के एल-रूपों में समान गलनांक, घुलनशीलता आदि होते हैं। दूसरी ओर, ग्लूकोज और गैलेक्टोज, डायस्टेरेओमर होने के कारण, विभिन्न बिंदुपिघलने, घुलनशीलता, आदि
कोलियर इनसाइक्लोपीडिया। - खुला समाज. 2000 .
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कोलियर विश्वकोश
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