Supramolecular chemistry
Nasusuri ang pag-unlad ng larangan ng agham na tinatawag na supramolecular chemistry. Ang mga pangunahing kahulugan at konsepto ng disiplinang ito ay ibinigay. Sa isang makasaysayang konteksto, ang mga pag-aaral na naglatag ng mga pundasyon ng supramolecular chemistry ay isinasaalang-alang. Ang mga halimbawa ng ilan sa mga karaniwang bagay nito, clathrates at cyclodextrins, ay ibinigay. Nabanggit na ang pinakabagong mga tagumpay sa supramolecular chemistry at ang pinaka-promising na mga lugar ng paggamit nito ay nauugnay sa mga proseso ng self-assembly at self-organization, na, sa partikular, ay maaaring ipatupad sa supramolecular synthesis at ang paglikha ng molekular at supramolecular. mga device.
Supramolecular chemistry. background
Ang supramolecular chemistry ay isa sa pinakabata at sa parehong oras ay mabilis na umuunlad na mga lugar ng kimika. Sa loob ng 25-30 taon ng pagkakaroon nito, nagawa na nitong dumaan sa maraming mahahalagang yugto, ngunit sa parehong oras, ang mga pangunahing ideya at konsepto ng disiplinang ito ay hindi pa kilala at karaniwang tinatanggap. Sa pagsusuring ito, hinangad naming subaybayan ang pag-unlad ng larangan ng agham na tinatawag na supramolecular chemistry, upang matukoy ang pinakamatagumpay na mga kahulugan ng mga pangunahing gawain at pinakamahahalagang konsepto nito, at upang maibalangkas din ang kasalukuyang estado at mga prospect.
Ang terminong "supramolecular chemistry" at ang mga pangunahing konsepto ng disiplinang ito ay ipinakilala ng Pranses na siyentipiko na si J.-M. Lenom noong 1978 bilang bahagi ng pag-unlad at pangkalahatan ng mga naunang gawa (sa partikular, noong 1973 ang terminong "supermolecule" ay lumitaw sa kanyang mga gawa). Ang supramolecular chemistry ay tinukoy ng mga salitang: "Kung paanong mayroong larangan ng molecular chemistry batay sa covalent bonds, mayroon ding larangan ng supramolecular chemistry, ang chemistry ng molecular ensembles at intermolecular bonds." Kasunod nito, ang unang kahulugan na ito ay muling binago ng maraming beses. Isang halimbawa ng isa pang depinisyon na ibinigay ni Len: "ang supramolecular chemistry ay "isang chemistry na lampas sa molekula" na nag-aaral sa istraktura at paggana ng mga asosasyon ng dalawa o higit pang kemikal na species na pinagsasama-sama ng mga intermolecular na pwersa" .
Sa maraming mga kaso, ang mga bahagi na bumubuo ng mga supramolecular system ay maaaring tawaging (sa pamamagitan ng pagkakatulad sa mga sistema na isinasaalang-alang sa molecular biology) molekular na receptor at substrate, ang huli ay ang mas maliit na bahagi na kailangang itali.
Upang sapat na mailarawan ang isang kemikal na bagay, kinakailangang ipahiwatig ang mga elemento nito at ang mga uri ng mga bono sa pagitan nila, pati na rin ang mga katangian ng spatial (geometric, topological). Ang mga bagay ng supramolecular chemistry, ang mga supermolecule, ay may kaparehong katiyakan gaya ng mga indibidwal na molekula na bumubuo sa kanila. Masasabing "ang mga supermolecule ay may kaugnayan sa mga molekula kung ano ang mga molekula na may kaugnayan sa mga atomo, at ang papel ng mga covalent bond sa mga supermolecule ay ginagampanan ng intermolecular na pakikipag-ugnayan".
Ayon kay Lehn, ang supramolecular chemistry ay maaaring hatiin sa dalawang malawak, magkakapatong na lugar:
– kimika ng mga supermolecule – malinaw na tinukoy na mga oligomolecular na particle na nagreresulta mula sa intermolecular association ng ilang mga bahagi – ang receptor at ang substrate nito (substrates) at binuo sa prinsipyo ng molekular na pagkilala;
- chemistry ng molecular ensembles - polymolecular system na nabuo bilang isang resulta ng kusang pag-uugnay ng isang hindi tiyak na bilang ng mga bahagi na may paglipat sa isang tiyak na yugto na may higit o hindi gaanong malinaw na tinukoy na microscopic na organisasyon at mga katangian na nakasalalay sa kalikasan nito (halimbawa, clathrates, lamad, vesicle, micelles).
Ang mga supramolecular formation ay maaaring mailalarawan sa pamamagitan ng spatial na pag-aayos ng mga bahagi, ang kanilang arkitektura, "suprastructure", pati na rin ang mga uri ng intermolecular na pakikipag-ugnayan na humahawak sa mga bahagi. Ang mga supramolecular ensemble ay may mahusay na tinukoy na istruktura, conformational, thermodynamic, kinetic at dynamic na mga katangian; iba't ibang uri ng mga pakikipag-ugnayan ay maaaring makilala sa kanila, naiiba sa kanilang lakas, direksyon, pag-asa sa mga distansya at mga anggulo: pakikipag-ugnayan ng koordinasyon sa mga metal ions, electrostatic force, hydrogen mga bono, mga pakikipag-ugnayan ng van der Waals, mga pakikipag-ugnayan ng donor-acceptor, atbp. Ang lakas ng mga pakikipag-ugnayan ay maaaring mag-iba sa isang malawak na hanay, mula sa mahina o katamtaman, tulad ng sa pagbuo ng mga bono ng hydrogen, hanggang sa malakas at napakalakas, tulad ng sa pagbuo ng koordinasyon mga bono sa isang metal. Gayunpaman, sa pangkalahatan, ang mga intermolecular na pakikipag-ugnayan ay mas mahina kaysa sa mga covalent bond, kaya ang mga supramolecular associate ay hindi gaanong thermodynamically stable, kinetically mas labile, at dynamic na mas nababaluktot kaysa sa mga molekula.
Kaya, tinatanggap at ginagawang posible ng supramolecular chemistry na isaalang-alang mula sa isang pinag-isang pananaw ang lahat ng uri ng mga molecular associate, mula sa pinakamaliit na posibleng (dimer) hanggang sa pinakamalaki (organisadong mga yugto). Kasabay nito, kinakailangang bigyang-diin muli na ang mga bagay ng supramolecular chemistry ay kinakailangang naglalaman ng mga bahagi (subsystems) na hindi covalently bonded.
Iminungkahi ni Lehn na ilarawan ang paglipat mula sa molekular hanggang supramolecular chemistry na may scheme na ipinapakita sa Fig. isa.
Fig 1. Scheme ng paglipat mula sa molecular chemistry patungo sa supramolecular
Ang mga pangunahing pag-andar ng supermolecules: molekular na pagkilala, pagbabagong-anyo (catalysis) at paglipat. Ang mga functional na supermolecule kasama ng mga organisadong polymolecular assemblies at phase ay maaaring gamitin upang lumikha ng mga molecular at supramolecular na device.
Bilang karagdagan kay Lehn, dapat ding banggitin ng isa sina C. J. Pedersen at D. J. Crum, na ang trabaho at pananaliksik ay may mahalagang papel sa pagbuo ng supramolecular chemistry. Noong 1987, ang tatlong siyentipikong ito ay ginawaran ng Nobel Prize sa Chemistry (para sa kanilang mapagpasyang kontribusyon sa pagbuo ng kimika ng mga macroheterocyclic compound na may kakayahang piliing bumubuo ng host-guest molecular complexes).
Pananaliksik na naglatag ng mga pundasyon ng supramolecular chemistry
Ang mga pinagmulan ng mga pangunahing konsepto ng supramolecular chemistry ay matatagpuan sa mga gawaing isinagawa noong nakaraan at sa pinakasimula ng siglong ito. Kaya, ang P. Ehrlich noong 1906 ay aktwal na ipinakilala ang mga konsepto ng receptor at substrate, na nagbibigay-diin na ang mga molekula ay hindi tumutugon sa isa't isa kung hindi muna sila pumasok sa isang tiyak na bono. Gayunpaman, ang pagbubuklod ay hindi dapat maging anuman, ngunit pumipili. Ito ay binigyang-diin ni E. Fischer noong 1894, nang bumalangkas siya ng kanyang "key-lock" na prinsipyo, isang prinsipyo na nagmumungkahi na ang steric na sulat, ang geometric na complementarity ng receptor at substrate, ay ang batayan ng pagkilala sa molekular. Sa wakas, ang selective binding ay nangangailangan ng interaksyon, pagkakaugnay sa pagitan ng mga kasosyo, at ang mga ugat ng ideyang ito ay maaaring hanapin sa mga gawa ni A. Werner, na ginagawang supramolecular chemistry sa bagay na ito na isang generalization at pagbuo ng coordination chemistry.
Ayon kay J.-M. Len, ang tatlong konseptong ito - fixation (binding), recognition at coordination - ang naglatag ng pundasyon para sa supramolecular chemistry.
Ang ilang iba pang mga konsepto ng supramolecular chemistry ay kilala rin sa mahabang panahon. Pati ang termino « bbermolecule", ibig sabihin. super-, o supermolecule, ay ipinakilala na sa kalagitnaan ng 30s. ng ating siglo upang ilarawan ang isang mas mataas na antas ng organisasyon na nagmumula sa samahan ng mga coordinatively saturated na molekula (halimbawa, sa panahon ng pagbuo ng isang acetic acid dimer). Ang kritikal na papel ng supramolecular na organisasyon sa biology ay kilala.
Gayunpaman, ang paglitaw at pag-unlad ng supramolecular chemistry bilang isang independiyenteng larangan sa sistema ng mga agham ng kemikal ay naganap sa ibang pagkakataon. Narito ang sinabi ni J.-M. Len sa kanyang aklat: “... para sa paglitaw at mabilis na pag-unlad ng isang bagong disiplinang pang-agham, kinakailangan ang kumbinasyon ng tatlong kondisyon. Una, kinakailangang kilalanin ang isang bagong paradigm na nagpapakita ng kahalagahan ng magkakaibang at tila walang kaugnayang mga obserbasyon, datos, resulta at pinagsama ang mga ito sa isang solong magkakaugnay na kabuuan. Pangalawa, ang mga tool ay kinakailangan upang pag-aralan ang mga bagay sa lugar na ito, at dito ang pagbuo ng mga modernong pisikal na pamamaraan para sa pag-aaral ng istraktura at mga katangian (IR, UV, at lalo na ang NMR spectroscopy, mass spectrometry, X-ray diffraction, atbp.) ay naglaro ng isang mapagpasyang papel sa supramolecular chemistry. , na ginagawang posible na pag-aralan kahit na medyo labile supramolecular ensembles na nailalarawan sa pamamagitan ng mababang-enerhiya na non-covalent na pakikipag-ugnayan. Pangatlo, ang pagpayag ng siyentipikong komunidad na tanggapin ang bagong paradigm ay kinakailangan upang ang bagong disiplina ay makahanap ng tugon hindi lamang sa mga espesyalista na direktang kasangkot dito, kundi pati na rin sa malapit (at hindi masyadong malapit) na mga lugar ng agham. Nangyari ito sa supramolecular chemistry, hangga't mahuhusgahan ng isa mula sa mabilis na bilis ng pag-unlad at pagtagos nito sa iba pang mga disiplina sa nakalipas na 25 taon.
Ayon kay Lehn, "…
Kabilang sa ganitong uri ng mga natural na compound, una sa lahat, ang antibiotic valinomycin ay dapat na ituro. Ang pag-decipher ng istraktura nito noong 1963, kung saan ang mga siyentipiko ng Sobyet na pinamumunuan ni Yu. A. Ovchinnikov ay gumawa ng malaking kontribusyon, ay lumampas sa karaniwang pagtuklas. Ang cyclic depsipeptide na ito (ito ay binuo mula sa mga residue ng amino at hydroxy acid na magkakaugnay ng amide at ester bonds) ay naging una sa mga membrane-active complexon, o ionophores. Ang ganitong mga pangalan ay sumasalamin sa kakayahan ng mga sangkap na ito na bumuo ng mga kumplikadong compound na may mga alkaline na kasyon sa mga solusyon at ilipat ang nakatali na kasyon sa pamamagitan ng mga biological na lamad. Sa pagtuklas ng mga ionophores, ang posibilidad ng mapakay na regulasyon ng mga flux ng ion sa mga buhay na sistema ay naging isang tunay na posibilidad. Para sa trabaho sa larangan ng membrane-active complexons, si Ovchinnikov at ang kanyang mga kasamahan ay iginawad sa Lenin Prize noong 1978.
Ang susunod na mahalagang yugto sa pagbuo ng supramolecular chemistry ay nauugnay sa pagtuklas ni C. Pedersen noong 1962 ng mga crown ether. Sa pagtatangkang mag-synthesize ng mga inhibitor upang patatagin ang mga langis ng petrolyo mula sa autoxidation, nakuha ni Pedersen ang isang by-product na tinatawag na ngayong dibenzo-18-crown-6. Kasunod nito, si Pedersen ay nag-synthesize at nag-aral ng humigit-kumulang 60 macrocyclic polyesters na may bilang ng mga atomo ng oxygen mula 4 hanggang 20 at ang laki ng singsing mula 12 hanggang 60 na miyembro. Nalaman niya na ang mga crown ether ay bumubuo ng mga malalakas na complex na may alkali at alkaline earth metal cation na maaaring ihiwalay sa mala-kristal na anyo.
Noong 1966 J.-M. Naging interesado si Len sa mga prosesong nagaganap sa sistema ng nerbiyos at nagtaka: maaari bang mag-ambag ang kimika sa pag-aaral ng mga mas mataas na biological function na ito? Ang mga prosesong elektrikal sa mga selula ng nerbiyos ay batay sa mga pagbabago sa pamamahagi ng mga potassium at sodium ions sa mga lamad ng cell. Ang mga siyentipikong papel na inilathala noong panahong iyon ay nagpakita na ang valinomycin ay maaaring mamagitan sa paglipat ng potassium ion sa mitochondria. Ito ay humantong kay Len sa ideya na ang angkop na artipisyal na nilikha na mga cyclopeptides o ang kanilang mga analogue ay maaaring isang paraan ng pag-aaral ng pamamahagi ng mga cation sa lamad at ang kanilang transportasyon sa pamamagitan ng lamad. Ang ganitong mga pag-aari ay ipinakita din ng iba pang mga neutral na antibiotics ng enniatin at actin group, na ipinaliwanag sa pamamagitan ng pumipili na pagbuo ng mga complex na may mga cation. mga metal na alkali. Gayunpaman, naging kinakailangan na mag-synthesize ng mga molekula na hindi gaanong aktibo sa kemikal kaysa sa mga cyclic peptides. Ang isang mahalagang papel para sa pagpapatupad ng naturang synthesis ay nilalaro ng pagtuklas ng Ch. Pedersen. Nagsimulang isaalang-alang ang mga Crown ether bilang mga sangkap na pinagsasama ang kakayahan sa pagkumplikado ng mga macrocyclic antibiotic at ang mga matatag na function ng eter.
Figure 2. Mga cryptan na na-synthesize ni J.-M. Lenom (m=0, n=1; m=1, n=0; m=n=1)
Kasabay nito, naging malinaw na ang mga compound na may tatlong-dimensional na spheroidal na lukab, na ganap na nakapaloob sa nakagapos na ion, ay dapat na bumuo ng mas malakas na mga complex kaysa sa mga planar macrocycle. Ang gawain sa problemang ito ay nagsimula noong Oktubre 1967, at noong taglagas ng 1968 ang unang tatlong-dimensional na amino ester ay nakuha, na tinawag ni Len na cryptand (Larawan 2, m=n=1). Ang kakayahang malakas na magbigkis ng mga potassium ions ay agad na napansin, at isang cryptate (cellular) na istraktura ang naiugnay sa nagresultang kumplikado. Ang iba pang mga cryptates ay na-synthesize din. Ang kanilang istraktura ay nakumpirma sa pamamagitan ng pagtukoy ng kristal na istraktura ng isang bilang ng mga complex (Larawan 3).
D. Cram Drew pansin sa isang makabuluhang disbentaha ng crown ethers at cryptands, na kung saan ay binubuo sa ang katunayan na ang parehong ng mga ito ay hindi mahusay na organisado upang makatanggap ng mga bisita ions: ang kanilang istraktura ay, bilang ito ay, kulubot, ngunit nakahiwalay sa isang mala-kristal na anyo. hindi itinuwid (Larawan 4, a, b). Samakatuwid, kapag ang isang cation ay pumasok sa lukab, ang mga gastos sa enerhiya ay kinakailangan para sa pagkakahanay nito (optimization), at ito ay nakakaapekto sa katatagan ng complex. Nagpasya si D. Cram na idisenyo ang tinatawag na "molecules-to
Fig 3. Rubidium cryptate na istraktura
Mga lalagyan" na may pre-organized na istraktura. Bilang resulta ng mga kumplikadong multi-stage synthese noong unang bahagi ng 1980s. Ang mga spherands at cavitands ay nakuha (Larawan 4 c, d) - isang uri ng molecular bowls, ang mga dingding nito ay may linya na may aromatic nuclei, at ang mga depressions kung saan ang guest particle ay nahuhulog ay may linya na may oxygen atoms. Ang mga mangkok na ito ay mayroon ding mga binti - mga pangkat ng methyl na nauugnay sa mga radikal na phenyl. Sa kurso ng mga pag-aaral, lumabas na ang nakuha na mga compound ay bumubuo ng mas matatag na mga complex na may alkali metal cations kaysa sa mga crown ether at cryptand. Ang maliliit na neutral na molekula, tulad ng CH 2 Cl 2 , CH 3 CN, SO 2, ay maaari ding makapasok sa cavitand bowl at mahigpit na hawakan doon.
Dapat pansinin na ang mas kumplikadong mga compound ay mayroon ding mas kumplikadong proseso ng pagkilala sa molekular. Kung ang mga simpleng cryptate complex ay nailalarawan sa pinakasimpleng - "spherical" - pagkilala, kung saan ang laki lamang ng globo, na humigit-kumulang sa substrate, ay gumaganap ng isang papel, kung gayon para sa mga kumplikadong compound, ang pagkilala sa molekula ay maaaring "tetrahedral" o "linear" na pagkilala , na isinasagawa ng mga receptor ng iba't ibang uri. Sa kasunod na mga taon, ang lahat ng maraming uri ng mga proseso ng pagkilala sa molekula ay pinag-aralan, at ang mga receptor na kasangkot sa mga proseso ay kabilang sa iba't ibang klase ng mga compound (crown ethers, cryptands, spherands, cavitands, calixarenes, cyclophanes, cyclodextrins, cryptophanes, atbp.) . Tulad ng isinulat ni Lehn, "... ang larangan ng pananaliksik ay lumawak, na humantong sa pagsasakatuparan ng molekular na pagkilala bilang isang bagong larangan ng kemikal na pananaliksik, na, sa paglalagay ng pagtuon sa intermolecular na mga interaksyon at proseso sa pangkalahatan, na kumakalat sa isang buong saklaw. ng mga kaugnay na larangan, ay lumago sa supramolecular chemistry" .
Fig. 4. Real (disorganized) na mga istruktura ng crown ether (a), cryptand (b) at preorganized na mga istruktura ng cavitand (c) at spherand (d)
Kasaysayan ng pag-aaral ng ilang tipikal na bagay ng supramolecular chemistry
Sa isang makasaysayang konteksto, ang mga unang pinag-aralan na bagay ng supramolecular chemistry ay mga inclusion compound, na kalaunan ay tinawag na clathrates. Ang mga clathrates ay mga compound na nabuo sa pamamagitan ng pagsasama ng mga molekula, na tinatawag na mga bisita, sa lukab ng isang plantsa na binubuo ng mga molekula ng ibang uri, na tinatawag na mga host, o sa lukab ng isang malaking molekula ng host. Kadalasan walang ibang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga bisita at host maliban sa mga van der Waals. Ang thermodynamic na katatagan ng naturang mga compound ay sinisiguro ng kanais-nais na geometry ng pag-aayos ng mga molekula ng panauhin sa mga cavity ng host framework, bilang isang resulta kung saan ang mahinang intermolecular na pakikipag-ugnayan ay humantong sa isang pagtaas ng enerhiya kumpara sa enerhiya ng mga bahagi ng mga paunang bahagi. sa malayang estado. Sa kasong ito, tulad ng para sa mga maginoo na compound ng kemikal, ang mga ratio ng mga sangkap na bumubuo ay maaaring magkakaiba, tulad ng sa kaso ng hydroquinone clathrates na may mga marangal na gas, o mahigpit na tinukoy, tulad ng sa mga compound ng urea na may mga paraffin at sa karamihan ng mga clathrate hydrates.
Ang mga sangkap na kasalukuyang itinuturing na mga inclusion compound ay tila ang unang naobserbahan ni A. Cronstedt, na natuklasan ang zeolite stilbite noong 1756, at J. Priestley, na noong 1778 ay nakatuklas ng "anomalous na yelo", na naging SO 2 hydrate. . 10H 2 O. Noong 1785 - 1786. B. Peletier at W. Karsten, at noong 1811 napagmasdan ni G. Davy ang pagbuo ng mga kristal sa panahon ng paglamig ng gas na kloro, nang maglaon (noong 1823) itinatag ni M. Faraday na ito ay Cl 2 . 10H 2 O, gayunpaman, ang istraktura ng hydrate na ito ay itinatag lamang noong 1952 nina M. Stackelberg at G. Müller.
Figure 5. Structure ng clathrate complex ng thiourea na may adamantane 3:1
Ang konsepto ng Amo at ang terminong "clathrate" sa modernong interpretasyon nito ay ipinakilala noong 1947 ni G. Powell. Sa fig. Ipinapakita ng Figure 5 ang istraktura ng isang thiourea-adamantane 3:1 clathrate complex bilang isang halimbawa. Kasama rin sa mga clathrate complex ang mga inclusion compound ng cyclodextrins.
Fig. 6. Ang istraktura ng cyclodextrins: a - kemikal na istraktura, b - hugis
Ang Iclodextrins ay mga cyclic oligosaccharides na ang mga molekula ay binuo mula sa anim, pito o walo (n=6, 7, 8) d-glucopyranose unit na naka-link ng -1,4-glycosidic bond (Larawan 6). Ang mga molekula ng cyclodextrin ay may hugis ng pinutol na kono (balde), guwang sa loob, kung saan matatagpuan ang 6-8 pangunahing grupo ng OH sa kahabaan ng circumference ng lower base, at 12-16 pangalawang pangkat ng OH ang matatagpuan sa kahabaan ng circumference ng upper base. . Ang mga cyclodextrin ay natuklasan noong 1891 ni A. Villiers, at ang unang detalyadong paglalarawan ng kanilang paghihiwalay ay inilathala noong 1903 ni F. Shardinger. Noong 1938, tinukoy ni K. Freudenberg ang istraktura ng mga cyclodextrins. Simula noon, ang mga natural na nagaganap (natural) na mga receptor na ito ay ginamit para sa iba't ibang layunin. Kaya, ipinakita ni F. Kramer noong 1954 sa unang pagkakataon na ang mga cyclodextrins ay maaaring bumuo ng mga inclusion complex na may malawak na hanay ng mga substrate. Ang kanilang tungkulin bilang mga katalista ay pinag-aralan nina I. Tabushi at Breslow noong 1982.
Ang likas na katangian ng mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng cyclodextrin at ng "panauhin" ay hindi malinaw na naitatag at malawak na tinatalakay. Ang mga medyo mahina na pakikipag-ugnayan (van der Waals, hydrophobic, atbp.) ay tila ang pinaka-malamang, na ginagawang posible na uriin ang mga complex na ito bilang mga bagay ng supramolecular chemistry. Ang pagbabagong-anyo ng kemikal ng naturang mga complex ay humahantong sa pagbuo ng mga kumplikadong istrukturang molekular, tulad ng mga catenanes, rotaxanes, polyrotaxanes at mga tubo, na hindi madaling makuha ng ibang mga pamamaraan. Ang kakayahan ng mga cyclodextrins na bumuo ng mga malalakas na complex sa mga may tubig na solusyon na may malaking bilang ng mga "panauhin" ng iba't ibang uri ay humantong sa kanilang paggamit bilang mga bloke ng gusali para sa mga nanostructure na nabuo sa pamamagitan ng kanilang self-assembly at kasama sa mga nanodevice.
Kasalukuyang Estado at Mga Uso sa Pagbuo ng Supramolecular Chemistry
Ang mga kamakailang pagsulong sa supramolecular chemistry at ang pinaka-promising na mga lugar ng aplikasyon nito ay nauugnay sa mga proseso ng pagkilala sa molekular.
Figure 7. Self-assembly na kinasasangkutan ng intermolecular hydrogen bonds
Mga pangalan at pormasyon ng mga bagong istruktura dahil sa tinatawag na "self-processes". Ang mga konsepto ng self-assembly at self-organization ay ipinakilala sa supramolecular chemistry ni J.-M. Len sa kurso ng pag-aaral ng kusang pagbuo ng mga inorganic complex (double helicates), na nagpapatuloy bilang isang proseso ng self-assembly. Sa katunayan, ang mga konseptong ito ay dumating sa supramolecular chemistry mula sa biochemistry, kung saan sinakop nila ang isang mahalagang lugar kahit na mas maaga, dahil ang biosynthesis ay maaaring isagawa lamang sa pamamagitan ng "mga proseso sa sarili". Ang pinakakapansin-pansing pagpapakita ng self-assembly sa wildlife ay ang self-assembly ng nucleic acid molecules, ang matrix synthesis ng mga protina; ang mapagpasyang papel ng self-assembly ay ipinahiwatig ng mahigpit na tinukoy na spatial na istraktura ng mga enzyme at receptor.
Sa supramolecular chemistry, ang self-organization ay nangangahulugan ng spontaneous generation, sa ilalim ng mga ibinigay na kondisyon, ng isang well-defined supramolecular structure mula sa mga indibidwal na constituent. Ayon kay Lehn, ang self-assembly at self-organization ay naglalarawan ng dalawang natatanging ngunit magkakapatong na mga klase ng phenomena, ang self-assembly ay isang mas malawak na termino kaysa sa self-organization. Ang supramolecular self-assembly ay binubuo sa kusang pagsasama-sama ng hindi bababa sa dalawa o higit pang mga bahagi, na humahantong sa pagbuo ng alinman sa mga discrete supermolecules o pinahabang polymolecular assemblies (molecular layers, films, atbp.). Sa kasong ito, ang proseso ng pagsasamahan ay nangyayari dahil sa mga non-covalent na pakikipag-ugnayan.
Fig 8. Ang molecular shuttle ay lumipat sa pamamagitan ng pagbabago ng pH ng medium
Tinukoy ni Len ang self-organization bilang isang nakaayos na self-association na:
1) kinabibilangan ng mga sistema kung saan posible ang kusang paglitaw ng kaayusan sa espasyo at/o oras, 2) sumasaklaw sa spatial (estruktural) at temporal (dynamic) na kaayusan, 3) nakakaapekto lamang sa antas ng supramolecular (non-covalent), 4) ay multicomponent. Kaya, ang pag-oorganisa sa sarili ay kinabibilangan ng pakikipag-ugnayan at pagsasama, na tumutukoy sa kolektibong pag-uugali.
Maaaring mangyari ang self-organization sa solusyon, sa liquid-crystal phase, o sa solid state, na may hydrogen bonds, electrostatic at donor-acceptor interactions, pati na rin ang medium effects (solvophobic interactions) na ginagamit bilang pangunahing interaksyon sa pagitan ng mga bahagi. . Sa fig. Ang Figure 7 ay nagpapakita ng isang self-assembly na kinasasangkutan ng mga hydrogen bond na kinasasangkutan ng dalawang porphyrin molecule na pinagsama ng 2,4,6-triamino-5-alkylpyrimidines. Ang resultang istraktura ay may hugis ng isang cell.
J.-M. Sinabi ni Len na "ang kontribusyon ng supramolecular chemistry sa chemical synthesis ay maaaring isaalang-alang sa dalawang pangunahing aspeto: ang paggawa ng mga non-covalent supramolecular particle mismo, na direktang ipinahayag sa mga proseso ng self-assembly, at ang paggamit ng mga supramolecular na tampok upang isulong ang synthesis ng covalent molecular structures" . Sa totoo lang, ang supramolecular synthesis ay binubuo sa pagbuo ng mga supramolecular na istruktura sa pamamagitan ng direktang intermolecular na pwersa. Sa kasong ito, kinakailangan din na sa panahon ng synthesis, ang pagbuo ng mga supramolecular particle ay nangyayari sa panahon ng synthesis mismo. Masasabi nating posible ang supramolecular synthesis kung mayroong isang uri ng pagpaplano at kontrol sa antas ng intermolecular. Sa synthesis ng mga kumplikadong covalent particle, maaaring gamitin ang supramolecular chemistry upang iposisyon ang mga bahagi ayon sa ninanais, halimbawa sa pamamagitan ng self-assembly. Nagbubukas ito ng mga bagong posibilidad sa larangan ng synthesis ng mga kumplikadong sistema, at sa mga nakaraang taon ang direksyon na ito ay naging isa sa mga nangungunang.
Ang isa pang promising area para sa pagbuo ng supramolecular chemistry ay ang paglikha ng molekular at supramolecular na aparato. Ang mga molecular device ay structurally organized at functionally integrated chemical system. Ang mga ito ay batay sa isang tiyak na spatial na organisasyon ng mga partikular na bahagi at maaaring i-embed sa mga supramolecular na istruktura. Ang mga photonic, electronic, o ionic na device ay maaaring makilala, depende sa kung ang mga bahagi ay photoactive, electroactive, o ionic, ayon sa pagkakabanggit, i.e. lumahok sa pagsipsip o paglabas ng mga photon, mga donor o tumatanggap ng mga electron, o lumahok sa palitan ng ion.
Mayroong dalawang pangunahing uri ng mga bahagi na kasama sa naturang mga aparato: mga aktibong sangkap na nagsasagawa ng isang partikular na operasyon (tumanggap, nagbibigay o nagpapadala ng mga photon, electron, ions, atbp.), at mga istrukturang bahagi na lumalahok sa paglikha ng isang supramolecular na arkitektura, na nagtatakda ng kinakailangang spatial na pag-aayos ng mga aktibong sangkap, lalo na, dahil sa mga proseso ng pagkilala. Bilang karagdagan, ang mga pandiwang pantulong na bahagi ay maaaring ipasok sa komposisyon ng aparato, ang layunin kung saan ay baguhin ang mga katangian ng mga aktibo at istruktura na bahagi. Ang pangunahing bagay ay, hindi tulad ng mga maginoo na materyales, ang mga bahagi at aparato na binubuo ng mga ito ay dapat na gumanap ng kanilang mga function sa molekular at supramolecular na antas. Ang pagsasama ng mga molecular device sa supramolecular system ay ginagawang posible na makakuha ng functional supermolecules o ensembles (mga layer, pelikula, lamad, atbp.).
Ang mga molecular at supramolecular na aparato, ayon sa kahulugan, ay nabuo mula sa mga sangkap na pinag-ugnay ng covalent at non-covalent bond, ayon sa pagkakabanggit. Ang mga supramolecular device ay maaari ding magsama ng mga device na ang mga bahagi ay naka-link sa pamamagitan ng mga covalent bond, ngunit hindi bababa sa bahagyang napanatili ang kanilang sariling katangian.
Kamakailan lamang, posible na lumikha ng mga switching molecular ensembles na nagbabago ng kanilang spatial na istraktura depende sa pagkilos ng mga panlabas na kadahilanan tulad ng pH ng medium o potensyal na electrochemical nito. Ang isang halimbawa ay rotaxane, na ipinapakita sa Fig. 8. Ito ay binubuo ng isang mahabang polyester chain, na kung saan ay "sinulid" sa pamamagitan ng isang cycle na binuo mula sa dalawang dipyridyl residues konektado sa pamamagitan ng cyclophane tulay. Upang maiwasan ang pag-ikot mula sa paglukso sa kadena, mayroon itong malalaking grupo sa mga dulo - mga substituent ng triisopropylsilyl. Ang mga nalalabi ng 4,4"-diaminodiphenyl at 4,4"-dihydroxydiphenyl na kasama sa polyester chain ay may binibigkas na mga katangian ng electron-donor; samakatuwid, ang electron-withdraw tetracationic cycle ay electrostatically fixed sa kanila. Sa kasong ito, dalawang conformation ang natanto na nasa estado ng mobile equilibrium. Dahil ang mga aromatic amine ay mas malakas na mga donor ng elektron kaysa sa mga phenol, nangingibabaw ang anyo kung saan nakikipag-ugnayan ang singsing sa fragment ng amine. Gayunpaman, ang posisyon ng balanse ay maaaring mabago sa pamamagitan ng pag-iiba-iba ng kaasiman ng daluyan. Sa isang malakas na acidic na daluyan, ang amine nitrogen atoms ay protonated; ang kanilang mga sarili ay nagiging electron acceptors, at ang bis-dipyridinium ring ay ganap na tumalon sa phenolic fragment. Ang parehong bagay ay nangyayari kapag ang panlabas na potensyal na electrochemical ay nagbabago. Tila, maaaring gumawa ng molecular switch batay sa device na ito. Ito ay pinaniniwalaan na ang mga molecular device ay magbibigay-daan sa hinaharap na pag-unlad ng nanotechnology, na higit na papalitan ang kasalukuyang nangingibabaw na teknolohiya ng semiconductor.
Sa pagsasalita tungkol sa mga tampok ng supramolecular chemistry, dapat bigyang pansin ng isa ang katotohanan na ang detalyado at kumpletong data ng istruktura ay gumaganap ng isang espesyal, napakahalagang papel sa agham na ito. Ang pag-unlad sa lugar na ito ay magiging imposible nang walang tiyak na pagsusuri ng spatial na pagsasaayos at relatibong spatial na pag-aayos ng mga bahagi ng mga supramolecular system. Ang nabanggit ay nagbibigay ng mga batayan upang isaalang-alang ang supramolecular chemistry bilang natural na bahagi ng structural chemistry.
Gaya ng nabanggit na, maraming ideya at seksyon ng supramolecular chemistry ang aktwal na lumitaw bago pa ang pormal na kapanganakan nito. Dito maaari nating idagdag na ang likas na katangian ng intermolecular na pakikipag-ugnayan (kabilang ang mga bono ng hydrogen at iba pang mga tiyak na pakikipag-ugnayan), ang kanilang enerhiya at papel sa iba't ibang mga proseso ay matagal nang maingat na pinag-aralan, kabilang ang sa istrukturang aspeto na katangian ng supramolecular chemistry. Kaya, ang buong mga paaralan ay nagtrabaho sa Russia, komprehensibong pag-aaral ng mga intermolecular na pakikipag-ugnayan.
Ang istraktura ng mga molekular na kristal, sa partikular na "halo-halong", tulad ng mga clathrates, ay pinag-aralan ni A. I. Kitaygorodsky et al. , ang intermolecular na pakikipag-ugnayan sa adsorption at chromatography ay naging paksa ng pananaliksik ni A. V. Kiselev et al. , ang impluwensya ng mga non-valence na pakikipag-ugnayan sa mga conformation ng mga molekula ay naging paksa ng mga gawa ni VG Dashevsky. Gayunpaman, ang mga lumikha ng supramolecular chemistry ay makatarungang itinuturing na J.-M. Len, C. J. Pedersen, at D. J. Crum.
Ang pangunahing merito ng mga namumukod-tanging siyentipiko na ito ay nakasalalay sa katotohanan na pinangunahan nila ang arsenal ng tradisyunal na kimika, mga tagumpay sa pisikal at kemikal na pag-aaral ng mga intermolecular na puwersa, at lahat ng kapangyarihan ng modernong pisikal na mga pamamaraan ng pananaliksik sa paglikha ng panimula ng mga bagong bagay na kemikal, ang teoretikal at praktikal na kahalagahan na kung saan ay napakahusay at, tila, , ay hindi pa ganap na nauunawaan.
Panitikan
|
1. Volkov V.A., Vonsky E.V., Kuznetsova G.I. // Mga mahuhusay na chemist ng mundo. M. 1991. 2. Lehn J.-M. // Pure at Apple. Chem. 1978. 50. P. 871. 3. Lehn J.-M. // Istruktura. bonding. 1973. 16. P. 1. 4. Len J.-M.. // Chemistry sa ibang bansa., M. 1989. C. 13. 5. Lehn J.-M. // Agham. 1985. 227. P. 849. 6. Lehn J.-M. Supramolecular Chemistry, Mga Konsepto at Pananaw. Weinheim, 1995. Pagsasalin sa Ruso: Len J.-M. kimika ng supramolecular. Mga konsepto at pananaw. Novosibirsk, 1998. 7. Len J.-M. // Russian Chemical Journal. 1995. 39. S. 94. 8. Ehrlich P. // Mga Pag-aaral sa Imunidad. Wiley. N.Y., 1906. Sinipi mula sa . 9. Fischer E. // Ber. Deutsch. Chem. Si Ges. 1894. 27. 2985. Sinipi mula sa . 10. Werner A. // Zeitschr. Anorg. Chem. 1893. 3. 267. Sinipi mula sa . 11. Wolf K.L., Frahm F., Harms H. // Z. Phys. Chem. Abt. 1937. B 36. P. 17. Sinipi mula sa . 12. Lehn J.-M. // Pure at Apple. Chem. 1979. 51. P. 979. 13. Ovchinnikov Yu.A., Ivanov V.T., Shkrob A.M. Mga kumplikadong aktibong lamad. M. 1974. 14. Davydova S.L. Kamangha-manghang mga macrocycle. L., 1989. 15. Pedersen C.J. Chemistry sa ibang bansa. M., 1989. 16. Pozharsky A.F. // Soros educational journal. 1997. Blg. 9. S. 32. 17. Cram D.J. // Agham. 1983. 219. P. 1177. 18. Dyadin Yu.A., Udachin K.A., Bondaryuk I.V. Mga koneksyon sa pagsasama. Novosibirsk. 1988. 19. Muller A., Reuter H., Dillinger S. // Angew. Chem. Int. Ed. Ingles 1995. 34. P. 2328. 20. Powell H.M. // J. Chem. soc. 1948. 1. P. 61. 21. Gopal R., Robertson B.E., Rutherford J.S. // Acta Cryst. C. 1989. 45. P. 257. 22. Philp D., Stoddart J.F. // Angew. Chem. Int. Ed. Ingles 1996. 35. P. 1155. 23. Wenz G. // Angew. Chem. Int. Ed. Ingles 1994. 33. P. 803. 24. Viliers A., Hebd C.R. // Mga Sesyon ng Acad. sci. 1891. 112. P. 536. Binanggit. sa . 25. Schardinger F. // Z. Unters Nahr. Genussm. Gebrauchsgegenstaende. 1903. 6. 865, Op. sa . 26. Cramer F. Einschlussverbindungen. Berlin, Springer-Werlag, 1954, op. sa . 27. Tabushi I. // Acc. Chem. Res. 1982. 15. P. 66. Binanggit. sa . 28. Lehn J.-M., Rigault A., Siegel J., Harrowfield J., Chevrier B., Moras D., Proc. Natl. Acad. sci. USA. 1987. 84. P. 2565. 29. . Pozharsky A.F. // Soros educational journal. 1997. Blg. 9. P. 40. 30. Lawrence D.S., Jiang T., Levett M., Chem. Sinabi ni Rev. 1995. 95. P. 2229. 31. Kitaygorodsky A.I. mga molekular na kristal. M., 1971. 32. Kitaygorodsky A.I. halo-halong kristal. M., 1983. 33. Avgul N.N., Kiselev A.V., Poshkus V.D. adsorption sa mga homogenous na ibabaw. M., 1975. 34. Dashevsky V.G. Conformations ng mga organikong molekula. M., 1974. 35. Dashevsky V.G. Conformational analysis ng macromolecules. M., 1987. |
Ang kimika, ang mga pangunahing konsepto na ating isasaalang-alang, ay isang agham na nag-aaral ng mga sangkap at ang kanilang mga pagbabagong nagaganap na may pagbabago sa istraktura at komposisyon, at samakatuwid ay mga katangian. Una sa lahat, ito ay kinakailangan upang tukuyin kung ano ang ibig sabihin ng naturang termino bilang "substance". Kung pag-uusapan natin ito sa malawak na kahulugan, ito ay isang anyo ng bagay na may rest mass. Anumang sangkap ay elementarya na butil, halimbawa, isang neutron. Sa kimika, ang konseptong ito ay ginagamit sa mas makitid na kahulugan.
Upang magsimula, ilarawan natin nang maikli ang mga pangunahing termino at konsepto ng chemistry, atomic at molecular science. Pagkatapos nito, ipapaliwanag namin ang mga ito, at balangkas din ang ilan mahahalagang batas ng agham na ito.
Ang mga pangunahing konsepto ng kimika (substance, atom, molecule) ay pamilyar sa bawat isa sa atin mula sa paaralan. Sa ibaba ay ibinigay isang maikling paglalarawan ng sila, pati na rin ang iba, hindi masyadong halata na mga termino at phenomena.
mga atomo
Una sa lahat, ang lahat ng mga substance na pinag-aaralan sa chemistry ay binubuo ng maliliit na particle na tinatawag na atoms. Ang mga neutron ay hindi ang object ng pag-aaral ng agham na ito. Dapat ding sabihin na ang mga atomo ay maaaring pagsamahin sa isa't isa, na nagreresulta sa pagbuo ng mga bono ng kemikal. Upang masira ang bono na ito, kinakailangan ang paggasta ng enerhiya. Samakatuwid, ang mga atomo sa normal na kondisyon nag-iisa ay hindi umiiral (maliban sa "mga marangal na gas"). Kumokonekta sila sa isa't isa kahit pares.
Patuloy na thermal motion
Ang tuluy-tuloy na thermal motion ay nagpapakilala sa lahat ng mga particle na pinag-aaralan ng kimika. Ang mga pangunahing konsepto ng agham na ito ay hindi masasabi nang hindi pinag-uusapan. Sa patuloy na paggalaw ang mga particle ay proporsyonal sa temperatura (gayunpaman, dapat tandaan na ang mga energies ng mga indibidwal na particle ay naiiba). Ekin = kT / 2, kung saan k - Ang pare-pareho ni Boltzmann. Ang formula na ito ay may bisa para sa anumang uri ng paggalaw. Dahil ang Ekin = mV 2/2, mas mabagal ang paggalaw ng mga malalaking particle. Halimbawa, kung ang temperatura ay pareho, ang mga molekula ng oxygen ay gumagalaw sa average na 4 na beses na mas mabagal kaysa sa mga molekula ng carbon. Ito ay dahil ang kanilang masa ay 16 na beses na mas malaki. Ang paggalaw ay oscillatory, translational at rotational. Ang vibrational ay sinusunod sa parehong likido at solid, at sa mga gaseous substance. Ngunit ang pagsasalin at pag-ikot ay pinakamadaling isagawa sa mga gas. Sa mga likido ito ay mas mahirap, at sa mga solido ito ay mas mahirap.
mga molekula
Patuloy naming inilalarawan ang mga pangunahing konsepto at kahulugan ng kimika. Kung ang mga atomo ay pinagsama sa isa't isa, na bumubuo ng maliliit na grupo (tinatawag silang mga molekula), ang mga naturang grupo ay nakikibahagi sa thermal motion, na kumikilos bilang isang solong kabuuan. Hanggang sa 100 mga atom ay naroroon sa mga tipikal na molekula, at ang kanilang bilang sa tinatawag na mga macromolecular compound maaaring umabot sa 105.
Mga di-molekular na sangkap
Gayunpaman, ang mga atomo ay madalas na nagkakaisa sa malalaking kolektibo mula 107 hanggang 1027. Sa pormang ito, halos hindi sila nakikibahagi sa thermal motion. Ang mga asosasyong ito ay may kaunting pagkakahawig sa mga molekula. Sila ay mas katulad ng mga piraso. matibay na katawan. Ang mga sangkap na ito ay karaniwang tinatawag na non-molecular. Sa kasong ito, ang thermal motion ay isinasagawa sa loob ng piraso, at hindi ito lumilipad, tulad ng isang molekula. Meron din rehiyon ng paglipat laki, na kinabibilangan ng mga asosasyong binubuo ng mga atomo sa halagang 105 hanggang 107. Ang mga particle na ito ay o napaka malalaking molekula, o mga maliliit na butil ng pulbos.
mga ion
Dapat pansinin na ang mga atomo at ang kanilang mga grupo ay maaaring magkaroon ng electric charge. Sa kasong ito, ang mga ito ay tinatawag na mga ions sa isang agham tulad ng kimika, ang mga pangunahing konsepto na pinag-aaralan natin. Dahil ang mga singil na may parehong pangalan ay palaging nagtataboy sa isa't isa, ang isang sangkap kung saan mayroong makabuluhang labis sa ilang partikular na singil ay hindi maaaring maging matatag. Negatibo at mga positibong singil laging salit-salit sa kalawakan. At ang sangkap sa kabuuan ay nananatiling neutral sa kuryente. Tandaan na ang mga singil, na itinuturing na malaki sa electrostatics, ay bale-wala mula sa punto ng view ng chemistry (para sa 105-1015 atoms - 1e).
Mga bagay ng pag-aaral sa kimika
Dapat itong linawin na ang mga bagay ng pag-aaral sa kimika ay ang mga phenomena kung saan ang mga atomo ay hindi bumangon at hindi nawasak, ngunit muling pinagsama-sama, iyon ay, pinagsama sila sa isang bagong paraan. Ang ilang mga link ay nasira, na nagreresulta sa pagbuo ng iba. Sa madaling salita, lumilitaw ang mga bagong sangkap mula sa mga atomo na nasa komposisyon panimulang materyales. Kung, gayunpaman, ang parehong mga atomo at ang mga bono na umiiral sa pagitan ng mga ito ay napanatili (halimbawa, sa panahon ng pagsingaw ng mga molekular na sangkap), kung gayon ang mga prosesong ito ay nabibilang sa larangan ng pag-aaral hindi na ng kimika, ngunit molekular na pisika. Sa kaso kapag ang mga atom ay nabuo o nawasak, pinag-uusapan natin ang mga paksa ng pag-aaral ng nuclear o atomic physics. Gayunpaman, ang hangganan sa pagitan ng kemikal at pisikal na phenomena malabo. Pagkatapos ng lahat, ang paghahati sa mga indibidwal na agham kondisyonal, habang ang kalikasan ay hindi mahahati. Samakatuwid, ang kaalaman sa pisika ay lubhang kapaki-pakinabang para sa mga chemist.
Maikling binalangkas namin ang mga pangunahing konsepto ng kimika. Ngayon inaanyayahan ka naming isaalang-alang ang mga ito nang mas detalyado.
Higit pa tungkol sa mga atom
Ang mga atomo at molekula ay kung ano ang iniuugnay ng marami sa kimika. Ang mga pangunahing konsepto ay dapat na malinaw na tinukoy. Ang katotohanan na ang mga atom ay umiiral ay mahusay na nahulaan dalawang libong taon na ang nakalilipas. Pagkatapos, nasa ika-19 na siglo, ang mga siyentipiko ay may data na pang-eksperimento (hindi pa rin direkta). Ito ay tungkol tungkol sa maramihang ratios ni Avogadro, ang mga batas ng constancy ng komposisyon (sa ibaba ay isasaalang-alang natin ang mga pangunahing konseptong ito ng kimika). Ang atom ay patuloy na ginalugad noong ika-20 siglo, nang marami ang nagdirekta pang-eksperimentong ebidensya. Ang mga ito ay batay sa data ng spectroscopy, sa scattering ng X-ray, alpha particle, neutrons, electron, atbp. Ang laki ng mga particle na ito ay humigit-kumulang 1 E = 1o -10 m. Ang kanilang masa ay humigit-kumulang 10 -27 - 10 -25 kg. Sa gitna ng mga particle na ito ay isang positively charged nucleus, kung saan gumagalaw ang mga electron negatibong singil. Ang laki ng core ay mga 10 -15 m. Ito pala shell ng elektron tinutukoy ang laki ng isang atom, ngunit ang masa nito ay halos ganap na puro sa nucleus. Ang isa pang kahulugan ay dapat ipakilala, isinasaalang-alang ang mga pangunahing konsepto ng kimika. Isang uri ng atom na may parehong nuclear charge.
Madalas na matatagpuan bilang pinakamaliit na butil mga sangkap na hindi mahahati sa kemikal. Tulad ng nabanggit na natin, ang paghahati ng mga phenomena sa pisikal at kemikal ay may kondisyon. Ngunit ang pagkakaroon ng mga atom ay walang kondisyon. Samakatuwid, mas mahusay na tukuyin ang kimika sa pamamagitan ng mga ito, at hindi kabaligtaran, mga atomo sa pamamagitan ng kimika.
kemikal na dumidikit
Ito ang nagpapanatili sa mga atomo na magkasama. Hindi niya hinahayaang magkalat sila sa ilalim ng impluwensya thermal motion. Pansinin namin ang mga pangunahing katangian ng mga bono - ito ang internuclear na distansya at enerhiya. Ito rin ang mga pangunahing konsepto ng kimika. Ang haba ng bono ay tinutukoy sa eksperimentong may sapat na mataas na katumpakan. Enerhiya - masyadong, ngunit hindi palaging. Halimbawa, imposibleng matukoy kung ano ang kaugnay nito hiwalay na koneksyon sa isang kumplikadong molekula. Gayunpaman, ang enerhiya ng atomization ng isang sangkap, na kinakailangan upang masira ang lahat ng umiiral na mga bono, ay palaging tinutukoy. Alam ang haba ng bono, matutukoy mo kung aling mga atomo ang nakagapos (mayroon silang maikling distansya) at alin ang hindi (mayroon silang mahabang distansya).
Numero ng koordinasyon at koordinasyon
Pangunahing konsepto analitikong kimika kasama ang dalawang terminong ito. Ano ang kanilang pinaninindigan? Alamin natin ito.
Ang numero ng koordinasyon ay ang bilang ng pinakamalapit na kapitbahay ng isang ibinigay tiyak na atom. Sa madaling salita, ito ang bilang ng mga nakakasama niya sa kemikal. Ang koordinasyon ay pagsasaayos ng isa't isa, uri at bilang ng mga kapitbahay. Sa madaling salita, mas makabuluhan ang konseptong ito. Halimbawa, ang bilang ng koordinasyon ng nitrogen, katangian ng mga molekula ng ammonia at nitric acid, pareho - 3. Gayunpaman, iba ang kanilang koordinasyon - hindi planar at patag. Ito ay tinutukoy anuman ang mga ideya tungkol sa likas na katangian ng bono, habang ang antas ng oksihenasyon at valency ay mga kondisyong konsepto na nilikha upang mahulaan ang koordinasyon at komposisyon nang maaga.
Depinisyon ng molekula
Nahawakan na natin ang konseptong ito, isinasaalang-alang ang mga pangunahing konsepto at batas ng kimika sa madaling sabi. Ngayon ay pag-isipan natin ito nang mas detalyado. Karaniwan sa mga aklat-aralin na tukuyin ang isang molekula bilang pinakamaliit neutral na butil isang sangkap na may mga katangiang kemikal nito, at nagagawa ring umiral nang nakapag-iisa. Dapat pansinin na ang kahulugan na ito ay sa sandaling ito outdated na. Una, ang tinatawag ng lahat ng physicist at chemist na molekula ay hindi nagpapanatili ng mga katangian ng bagay. Ang tubig ay naghihiwalay, ngunit nangangailangan ito ng hindi bababa sa 2 molekula. Ang antas ng dissociation ng tubig ay 10 -7 . Sa madaling salita, isang molekula lamang sa 10 milyon ang maaaring sumailalim sa prosesong ito. Kung mayroon kang isang molekula, o kahit isang daan, hindi ka makakakuha ng ideya ng dissociation nito. Ang katotohanan ay ang mga thermal effect ng mga reaksyon sa kimika ay karaniwang kasama ang enerhiya ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga molekula. Samakatuwid, hindi sila mahahanap ng isa sa kanila. Parehong kemikal at mga pisikal na sangkap maaari lamang matukoy mula sa isang malaking grupo ng mga molekula. Bilang karagdagan, may mga sangkap kung saan ang "pinakamaliit" na butil na may kakayahang umiiral nang nakapag-iisa ay walang katiyakan na malaki at ibang-iba sa karaniwang mga molekula. Ang isang molekula ay talagang isang pangkat ng mga atomo na hindi nakakargahan ng kuryente. Sa isang partikular na kaso, ito ay maaaring isang atom, halimbawa, Ne. Ang pangkat na ito ay dapat na makilahok sa pagsasabog, gayundin sa iba pang mga uri ng thermal motion, na kumikilos sa kabuuan.
Tulad ng makikita mo, ang mga pangunahing konsepto ng kimika ay hindi gaanong simple. Ang molekula ay isang bagay na kailangang maingat na pag-aralan. Mayroon itong sariling mga katangian pati na rin ang molekular na timbang. Pag-uusapan natin ang huli ngayon.
Molecular mass
Paano matukoy molekular na timbang sa karanasan? Ang isang paraan ay batay sa batas ni Avogadro, ayon sa relatibong density pares. Ang pinakatumpak na paraan ay mass spectrometric. Ang isang electron ay na-knock out sa isang molekula. Ang resultang ion ay unang pinabilis sa isang electric field, pagkatapos ay pinalihis ng magnetically. Ang ratio ng singil sa masa ay tiyak na tinutukoy ng magnitude ng paglihis. Mayroon ding mga pamamaraan batay sa mga katangian na mayroon ang mga solusyon. Gayunpaman, ang mga molekula sa lahat ng mga kasong ito ay dapat na tiyak na kumikilos - sa solusyon, sa vacuum, sa gas. Kung hindi sila gumagalaw, imposibleng talagang kalkulahin ang kanilang masa. At ang kanilang pag-iral sa kasong ito ay mahirap na matukoy.
Mga tampok ng non-molecular substance
Sa pagsasalita tungkol sa mga ito, napapansin nila na sila ay binubuo ng mga atomo, hindi mga molekula. Gayunpaman, ang parehong ay totoo para sa mga marangal na gas. Ang mga atomo na ito ay malayang gumagalaw, samakatuwid, mas mainam na isipin ang mga ito bilang mga molekulang monatomic. Gayunpaman, hindi ito ang pangunahing bagay. Higit sa lahat, sa mga di-molekular na sangkap mayroong maraming mga atomo na magkakaugnay. Dapat pansinin na ang paghahati ng lahat ng mga sangkap sa non-molecular at molekular ay hindi sapat. Ang paghahati sa pamamagitan ng pagkakakonekta ay mas makabuluhan. Isaalang-alang, halimbawa, ang pagkakaiba sa mga katangian ng grapayt at brilyante. Parehong carbon, ngunit ang una ay malambot at ang huli ay matigas. Paano sila naiiba sa isa't isa? Ang pagkakaiba ay tiyak na nakasalalay sa kanilang pagkakakonekta. Kung isasaalang-alang natin ang istraktura ng grapayt, makikita natin na ang matibay na mga bono ay umiiral lamang sa dalawang dimensyon. Ngunit sa pangatlo, ang mga interatomic na distansya ay napakahalaga, samakatuwid, walang matibay na bono. Ang graphite ay madaling dumulas at nahati sa mga layer na ito.
Structure Connectivity
Kung hindi, ito ay tinatawag na spatial na sukat. Kinakatawan nito ang bilang ng mga sukat ng espasyo, na nailalarawan sa katotohanan na mayroon silang tuluy-tuloy (halos walang katapusan) na sistema ng mga core (malakas na koneksyon). Ang mga halaga na maaari nitong kunin ay 0, 1, 2 at 3. Samakatuwid, kinakailangan na makilala sa pagitan ng tatlong-dimensional na konektado, layered, chain at island (molecular) na mga istruktura.
Batas ng katatagan ng komposisyon
Natutunan na natin ang mga pangunahing konsepto ng kimika. Ang sangkap ay saglit naming sinuri. Ngayon ay pag-usapan natin ang batas na naaangkop sa kanya. Ito ay kadalasang nakabalangkas tulad ng sumusunod: anumang indibidwal na sangkap (iyon ay, dalisay), anuman ito ay nakuha, ay may parehong dami at husay na komposisyon. Ngunit ano ang ibig sabihin ng konsepto? Tingnan natin.
Dalawang libong taon na ang nakalilipas, kapag ang istraktura ng mga sangkap ay hindi pa maaaring pag-aralan sa pamamagitan ng direktang pamamaraan, kapag ang pangunahing mga konsepto ng kemikal at ang mga batas ng kimika na pamilyar sa atin, ito ay deskriptibong tinukoy. Halimbawa, ang tubig ay ang likido na bumubuo sa batayan ng mga dagat at ilog. Wala itong amoy, kulay, lasa. Mayroon itong ganoon at ganoong pagyeyelo at pagkatunaw ng temperatura, ito ay nagiging asul.Ang maalat na tubig dagat ay dahil hindi ito malinis. Gayunpaman, ang mga asing-gamot ay maaaring paghiwalayin sa pamamagitan ng paglilinis. Higit o mas kaunti tulad nito, paraan ng paglalarawan, natukoy ang mga pangunahing konsepto ng kemikal at mga batas ng kimika.
Para sa mga siyentipiko oras, hindi halata na ang likidong inilabas iba't ibang paraan(hydrogen combustion, vitriol dehydration, distillation tubig dagat) ay may parehong komposisyon. Ang isang mahusay na pagtuklas sa agham ay ang patunay ng katotohanang ito. Naging malinaw na ang ratio ng oxygen at hydrogen ay hindi maaaring magbago nang maayos. Nangangahulugan ito na ang mga elemento ay binubuo ng mga atomo - hindi mahahati na mga bahagi. Kaya't ang mga pormula ng mga sangkap ay nakuha, at ang ideya ng mga siyentipiko tungkol sa mga molekula ay nabigyang-katwiran.
Sa ngayon, ang anumang substansiya ay tahasan o hindi malinaw na tinukoy pangunahin sa pamamagitan ng formula, at hindi sa pamamagitan ng punto ng pagkatunaw, lasa o kulay. Ang tubig ay H 2 O. Kung mayroong ibang mga molekula, hindi na ito magiging dalisay. Samakatuwid, dalisay molekular na sangkap ay isa na binubuo ng mga molekula ng isang uri lamang.
Gayunpaman, ano ang tungkol sa mga electrolyte sa kasong ito? Pagkatapos ng lahat, naglalaman sila ng mga ion, hindi lamang mga molekula. Kailangan pa mahigpit na kahulugan. Ang isang purong molekular na substansiya ay isa na binubuo ng mga molekula ng parehong uri, at gayundin, posibleng, ang mga produkto ng kanilang nababaligtad na mabilis na pagbabagong-anyo (isomerization, asosasyon, dissociation). Ang salitang "mabilis" sa kontekstong ito ay nangangahulugan na hindi natin maaalis ang mga produktong ito, agad silang lumitaw muli. Ang salitang "mababalik" ay nagpapahiwatig na ang pagbabago ay hindi nakumpleto. Kung dinala, pagkatapos ay mas mahusay na sabihin na ito ay hindi matatag. Sa kasong ito, ito ay hindi isang purong sangkap.
Ang batas ng konserbasyon ng masa ng bagay
Ang batas na ito ay kilala sa anyong metaporikal mula pa noong unang panahon. Sinabi niya na ang bagay ay hindi malikha at hindi masisira. Pagkatapos ay dumating ang quantitative formulation nito. Ayon dito, ang timbang (at mula sa katapusan ng ika-17 siglo - masa) ay isang sukatan ng dami ng isang sangkap.
Ang batas na ito sa karaniwan nitong anyo ay natuklasan noong 1748 ni Lomonosov. Noong 1789, dinagdagan ito ni A. Lavoisier, isang Pranses na siyentipiko. Ang makabagong pormulasyon nito ay ganito ang tunog: ang masa ng mga sangkap na pumapasok kemikal na reaksyon, ay katumbas ng masa ng mga sangkap na nagreresulta mula dito.
Ang batas ni Avogadro, ang batas ng volumetric ratios ng mga gas
Ang huli sa mga ito ay binuo noong 1808 ni J. L. Gay-Lussac, isang Pranses na siyentipiko. Ang batas na ito ay kilala na ngayon bilang batas ni Gay-Lussac. Ayon sa kanya, ang mga volume ng reacting gases ay nauugnay sa isa't isa, pati na rin sa mga volume ng mga nagresultang gas na produkto, bilang maliit na integers.
Ang pattern na natuklasan ni Gay-Lussac ay nagpapaliwanag sa batas na natuklasan ilang sandali, noong 1811, ni Amedeo Avogadro, isang Italyano na siyentipiko. Sinasabi nito na sa pantay na kondisyon(presyon at temperatura) sa mga gas na may parehong dami, mayroong parehong bilang ng mga molekula.
Dalawang mahalagang kahihinatnan ang sumusunod mula sa batas ni Avogadro. Ang una ay kapag parehong kondisyon ang isang nunal ng anumang gas ay sumasakop sa isang pantay na dami. Ang dami ng kahit sino sa kanila normal na kondisyon(na isang temperatura ng 0 ° C, pati na rin ang isang presyon ng 101.325 kPa) ay 22.4 litro. Ang pangalawang kinahinatnan ng batas na ito ay ang mga sumusunod: sa ilalim ng pantay na mga kondisyon, ang ratio ng mga masa ng mga gas na may parehong volume ay katumbas ng ratio ng kanilang mga molar mass.
May isa pang batas, na tiyak na dapat banggitin. Pag-usapan natin ito nang maikli.
Pana-panahong batas at talahanayan
D. I. Mendeleev, batay sa mga kemikal na katangian ng mga elemento at atomic at molekular na agham natuklasan ang batas na ito. Ang kaganapang ito ay naganap noong Marso 1, 1869. Pana-panahong Batas ay isa sa pinakamahalaga sa kalikasan. Maaari itong mabalangkas tulad ng sumusunod: ang mga katangian ng mga elemento at ang kumplikado at mga simpleng sangkap may panaka-nakang pag-asa sa mga singil ng nuclei ng kanilang mga atomo.
Ang periodic table na nilikha ni Mendeleev ay binubuo ng pitong yugto at walong grupo. Ang mga pangkat ay ang mga patayong column nito. Ang mga elemento sa loob ng bawat isa sa kanila ay may magkatulad na pisikal at Mga katangian ng kemikal. Ang grupo naman, ay nahahati sa mga subgroup (pangunahin at pangalawa).
Ang mga pahalang na hilera ng talahanayang ito ay tinatawag na mga tuldok. Ang mga elemento na nasa kanila ay naiiba sa isa't isa, ngunit mayroon din silang pagkakatulad - na ang kanilang mga huling electron ay matatagpuan sa parehong antas ng enerhiya. Mayroon lamang dalawang elemento sa unang yugto. Ito ay hydrogen H at helium He. Mayroong walong elemento sa ikalawang yugto. Mayroon na silang 18 sa ikaapat. Itinalaga ni Mendeleev ang panahong ito bilang ang unang malaki. Ang ikalima ay mayroon ding 18 elemento, ang istraktura nito ay katulad ng ikaapat. Ang ikaanim ay naglalaman ng 32 elemento. Ang ikapito ay hindi nakumpleto. Ang panahong ito ay nagsisimula sa francium (Fr). Maaari nating ipagpalagay na maglalaman ito ng 32 elemento, tulad ng pang-anim. Gayunpaman, 24 lamang ang natagpuan sa ngayon.
Panuntunan ng rollback
Ayon sa panuntunan ng rollback, ang lahat ng elemento ay may posibilidad na makakuha o mawalan ng isang electron upang magkaroon ng 8-electron noble gas configuration na pinakamalapit sa kanila. Ang enerhiya ng ionization ay ang dami ng enerhiya na kinakailangan upang paghiwalayin ang isang elektron mula sa isang atom. Ang panuntunan ng rollback ay nagsasaad na kapag lumilipat mula kaliwa papunta sa kanan periodic table kailangan mas maraming enerhiya upang alisin ang isang elektron. Samakatuwid, ang mga elemento sa kaliwang bahagi ay may posibilidad na mawalan ng isang elektron. Sa kabaligtaran, ang mga matatagpuan sa kanang bahagi gustong bilhin.
Maikling binalangkas namin ang mga batas at pangunahing konsepto ng kimika. Tiyak, ito ay lamang Pangkalahatang Impormasyon. Sa loob ng balangkas ng isang artikulo imposibleng pag-usapan nang detalyado ang tungkol sa gayong seryosong agham. Ang mga pangunahing konsepto at batas ng kimika, na ibinubuod sa aming artikulo, ay lamang isang panimulang punto para sa karagdagang pag-aaral. Sa katunayan, sa agham na ito mayroong maraming mga seksyon. Mayroong, halimbawa, organic at inorganic na kimika. Ang mga pangunahing konsepto ng bawat isa sa mga seksyon ng agham na ito ay maaaring pag-aralan nang napakatagal. Ngunit ang mga ipinakita sa itaas ay tumutukoy sa pangkalahatang isyu. Samakatuwid, maaari nating sabihin na ito ang mga pangunahing konsepto organikong kimika pati na rin ang inorganic.
Supramolecular (supramolecular) na kimika (kimika ng supramolekular, Supermolecular Chemistry) ay isang interdisciplinary na larangan ng agham, kabilang ang kemikal, pisikal at biyolohikal na aspeto mga pagsasaalang-alang na mas kumplikado kaysa sa mga molekula, mga sistema ng kemikal konektado sa isang solong kabuuan sa pamamagitan ng intermolecular (non-covalent) na mga interaksyon. Mga bagay ng supramolecular chemistry - supramolecular ensembles, kusang binuo mula sa komplementaryong, iyon ay, pagkakaroon ng geometriko at kemikal na pagsusulatan ng mga fragment, tulad ng isang kusang pagpupulong ng pinaka kumplikado spatial na istruktura sa isang buhay na selda. Isa sa pangunahing mga problema modernong kimika ay ang nakadirekta na disenyo ng naturang mga sistema, ang paglikha ng mataas na ordered supramolecular compounds mula sa molecular "building blocks" na may isang ibinigay na istraktura at mga katangian. Ang mga supramolecular formation ay nailalarawan sa pamamagitan ng spatial na pag-aayos ng kanilang mga bahagi, ang kanilang arkitektura, "suprastructure", pati na rin ang mga uri ng intermolecular na pakikipag-ugnayan na humahawak sa mga bahagi. Sa pangkalahatan, ang mga intermolecular na interaksyon ay mas mahina kaysa sa mga covalent bond, kaya ang mga supramolecular associate ay hindi gaanong thermodynamically stable, kinetically mas labile, at dynamic na mas flexible kaysa sa mga molecule.
Ayon sa terminolohiya ng supramolecular chemistry, ang mga bahagi ng supramolecular associates ay tinatawag receptor(ρ) at substrate(σ), kung saan ang substrate ay ang mas maliit na bahagi na pumapasok sa bono. Mga tuntunin paganahin ang koneksyon, clathrate at koneksyon (kumplikado) ng uri ng guest-host kilalanin ang mga compound na umiiral sa solid state at nabibilang sa solid supramolecular ensembles.
Selective binding ng isang tiyak na substrate σ at ang receptor nito ρ sa pagbuo mga supermolecule Ang σρ ay nangyayari bilang resulta ng proseso pagkilala sa molekular. Kung, bilang karagdagan sa mga nagbubuklod na site, ang receptor ay naglalaman ng mga reaktibong functional na grupo, maaari itong makaapekto sa kemikal pagbabago sa nauugnay na substrate nito, na kumikilos bilang isang supramolecular catalyst. Lipophilic, nalulusaw sa lamad na receptor ay maaaring kumilos bilang carrier, isakatuparan transportasyon, paglipat nauugnay na substrate. Kaya, ang pagkilala sa molekular, pagbabagong-anyo, paglilipat ay ang mga pangunahing pag-andar ng mga supramolecular na bagay.
Supra molekular na kimika maaaring hatiin sa dalawang malawak, bahagyang magkakapatong na mga lugar, na isinasaalang-alang ayon sa pagkakabanggit: 1) mga supermolecule- mahusay na tinukoy, discrete oligo molekular formations na nagmumula dahil sa intermolecular association ng ilang mga bahagi (receptor at substrate(s)) alinsunod sa isang tiyak na "program" na gumagana sa batayan ng mga prinsipyo ng molekular na pagkilala; 2) supramolecular ensembles- polymolecular associates na nagmumula sa kusang pag-uugnay ng isang walang tiyak na malaking bilang ng mga bahagi sa isang tiyak na yugto, na nailalarawan sa pamamagitan ng higit pa o hindi gaanong tiyak na organisasyon sa antas ng mikroskopiko at mga macroscopic na katangian depende sa likas na katangian ng yugto (pelikula, layer, lamad, vesicle , mesomorphic phase, kristal, atbp.). d.).
Ang isang espesyal na pormalismo ay ginagamit upang ilarawan ang lokasyon ng (mga) substrate na may kaugnayan sa receptor. Ang mga panlabas na addduct complex ay maaaring italaga bilang , o . Upang tukuyin ang mga complex ng pagsasama σ sa ρ at bahagyang intersection ng σ at ρ, ginagamit namin mga simbolo ng matematika inclusions ⊂ at intersections ∩ - at , ayon sa pagkakabanggit. Sa moderno kemikal na panitikan kasama ng simbolong ∩, madalas ding ginagamit ang alternatibong simbolo @.
kimika ng supramolekular(Ingles) - isang larangan ng kimika na nag-aaral ng mga supramolecular na istruktura (mga ensemble na binubuo ng dalawa o higit pang mga molekula na pinagsasama-sama ng paraan); "chemistry ng molecular ensembles at intermolecular bonds" (kahulugan ni J.-M. Lena).
Paglalarawan
Nakabatay ang tradisyonal na kimika sa mga covalent bond sa pagitan ng mga atomo. Kasabay nito, para sa synthesis ng mga kumplikadong nanosystem at molecular device na ginamit sa covalent chemistry hindi sapat, dahil ang mga naturang sistema ay maaaring maglaman ng ilang libong mga atomo. Ang mga intermolecular na pakikipag-ugnayan ay dumating sa pagsagip - nakakatulong sila upang pag-isahin ang mga indibidwal na molekula sa mga kumplikadong ensemble na tinatawag na mga supramolecular na istruktura.
Ang pinakasimpleng halimbawa ng mga supramolecular na istruktura ay mga host-guest complex. Ang host (receptor) ay karaniwang isang malaki organikong molekula na may isang lukab sa gitna, at ang panauhin ay isang mas simpleng molekula o ion. Halimbawa, ang mga cyclic polyester na may iba't ibang laki (crown ethers) ay nagbubuklod ng mga alkali metal ions sa halip na malakas (Fig. 1).
Ang mga supramolecular na istruktura ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga sumusunod na katangian.
1. Ang pagkakaroon ng hindi isa, ngunit ilang mga nagbubuklod na sentro sa host. Sa crown ethers, ang papel na ito ay ginagampanan ng mga atomo ng oxygen na nag-iisa mga pares ng elektron.
2. Complementarity: mga geometric na istruktura at elektronikong katangian ang host at guest ay nagpupuno sa isa't isa. Sa crown ethers, ito ay nagpapakita ng sarili sa katotohanan na ang diameter ng cavity ay dapat tumutugma sa radius ng ion. Nagbibigay-daan ang complementarity sa host na magsagawa ng selective binding ng mga bisita ng isang mahigpit na tinukoy na istraktura. Sa supramolecular chemistry, ang phenomenon na ito ay tinatawag na "" (Ingles - molecular recognition) (Fig. 2).
3. Mga kumplikadong may isang malaking bilang Ang mga bono sa pagitan ng komplementaryong host at bisita ay may mataas istrukturang organisasyon.
Ang mga supramolecular na istruktura ay napakalawak sa kalikasan. Ang lahat ng mga reaksyon sa mga buhay na organismo ay nagpapatuloy sa pakikilahok ng mga catalyst ng protina. Ang mga enzyme ay mainam na mga molekula ng host. Ang aktibong sentro ng bawat enzyme ay nakaayos sa paraang iyon lamang na substansiya (substrate) na tumutugma dito sa laki at enerhiya ang maaaring makapasok dito; ang enzyme ay hindi tutugon sa ibang mga substrate. Ang isa pang halimbawa ng mga supramolecular biochemical na istruktura ay mga molekula kung saan ang dalawang polynucleotide chain ay magkakaugnay sa isa't isa sa pamamagitan ng maraming hydrogen bond. Ang bawat chain ay parehong panauhin at host para sa kabilang chain.
Ang mga pangunahing uri ng non-covalent na pakikipag-ugnayan na bumubuo ng mga supramolecular na istruktura ay ionic, at . Ang lahat ng non-covalent na pakikipag-ugnayan ay mas mahina kaysa sa covalent - ang kanilang enerhiya ay bihirang umabot sa 100 kJ / mol, gayunpaman malaking numero Tinitiyak ng mga bono sa pagitan ng host at ng bisita ang mataas na katatagan ng mga supramolecular assemblies. Ang mga non-covalent na pakikipag-ugnayan ay mahina nang paisa-isa ngunit malakas sa sama-sama.
Ang pagbuo ng mga supramolecular ensemble ay maaaring mangyari nang kusang - tinatawag ang hindi pangkaraniwang bagay na ito. Ito ay isang proseso kung saan ang mga maliliit na molekular na bahagi ay kusang nagsasama-sama upang bumuo ng mas malaki at mas kumplikadong mga supramolecular. Sa panahon ng self-assembly, bumababa ang entropy ng system, Δ S
Δ G = Δ H – TΔ S
ito ay kinakailangan na Δ H h| > | TΔ S|. Nangangahulugan ito na ang self-assembly ay nangyayari nang may alokasyon isang malaking bilang init. Bahay puwersang nagtutulak Ang self-assembly ay ang pagnanais ng mga sistema ng kemikal na babaan ang enerhiya ng Gibbs sa pamamagitan ng pagbuo ng bago mga bono ng kemikal, ang enthalpy effect dito ay nananaig sa entropy one.
Ang mga pangunahing klase ng supramolecular compound ay cavitands, cryptands, calixarenes, guest-host complexes, catenanes, . Ang mga supramolecular na istruktura ay maaari ding maiugnay,.
Nahanap ang mga pamamaraan ng supramolecular chemistry malawak na aplikasyon sa pagsusuri ng kemikal, gamot,
Pahina 1
Ang kimika ng mga molekula tulad ng C2H2, N2H2 at H202 ay tinutukoy ng mga orbital na nabuo sa pamamagitan ng kumbinasyon ng px - at py - A. Sa linear acetylene, ang mga orbital na ito ay nagbubunga ng mga punong tsv - at libreng icg - orbital (ch. Ang molekula , siyempre, ay may axial symmetry.
Ang kimika ng molekula ng carbon monoxide ay maaaring bahagyang maipaliwanag ng form na ito, ang katumbas nito sa mga tuntunin ng teorya ng molecular orbital ay hindi isinasaalang-alang dito. Sa istrukturang ito, ang carbon ay may nakahiwalay na pares ng mga electron at isang walang laman na orbit, dahil ang carbon nucleus ay napapalibutan lamang ng isang sextet ng mga electron sa halip ng karaniwang octet. Batay sa mga pagsasaalang-alang na ito, maaaring asahan na ang carbon monoxide ay may kakayahang makipag-ugnayan din sa mga nucleophilic na grupo, tulad ng mga base, na maaaring maging mapagkukunan ng mga electron upang punan ang isang octet. Sa katunayan, ang mga katulad na reaksyon ng carbon monoxide ay kilala; ilan sa mga ito ay tatalakayin din sa ibaba.
Ang kimika ng mga molekula ay patuloy na makabagong organikong kimika. Gayunpaman, para sa mga hindi organikong compound, ang molekular na anyo ng pagkakaroon ng isang sangkap ay katangian lamang para sa estado ng gas at singaw.
Ang kimika ng mga molekula ay patuloy na modernong organikong kimika, at karamihan mga di-organikong sangkap Wala istraktura ng molekular. AT huling kaso Ang mga macrobodies ay binubuo ng alinman sa mga atomo ng pareho elemento ng kemikal, o mula sa mga atomo iba't ibang elemento. Pagkilala sa isang di-molekular na anyo ng pag-iral solid humahantong sa pangangailangang baguhin ang ilang mga probisyon ng chemical atomistics, upang gawing makabago ang mga pangunahing batas at konsepto na wasto para sa pneumatic (gas) chemistry.
Sa molecular chemistry, mayroong dalawang pangunahing kaalaman.
Tulad ng sa molecular chemistry, exothermic at mga endothermic na reaksyon. Kahulugan ng magnitude at sign thermal effect ang mga reaksyon ay maaaring isagawa gamit ang batas ng equivalence ng masa at enerhiya.
Ang teorya ng grupo ay inilapat dito nang mas malawak kaysa sa molecular chemistry. Kasabay nito, ang kakayahang kunin ang mga regularidad ng spectrum ng masa ng particle mula sa mga pangunahing prinsipyo, halimbawa, mula sa geometrodynamics, ay mas may problema dito kaysa sa kakayahang kalkulahin ang nagbubuklod na enerhiya ng isang molekula gamit ang Schrödinger equation.
Ang gayong pagnanais na palawigin ang mga ideya at teorya na lumago sa kailaliman ng organikong kimika (ang kimika ng mga molekula) sa larangan. di-organikong kimika ito ay naging, bilang ito ay malinaw na ngayon sa amin, labag sa batas, higit sa lahat dahil mga di-organikong compound ay, bilang panuntunan, mga non-molecular system. Sa parehong mga sistema, hindi covalent, ngunit mga ionic bond. Ang natatanging katangian mga kumplikadong compound ay ang mga ito ay mga compound ng mga molekula, hindi mga atomo.
Sa una, ito ay tungkol lamang sa mga cofactor, na, gayunpaman, ay madalas na natagpuan sa batayan ng pagsusuri ng mga kristal na istrukturang asosasyon at inilipat sa molecular chemistry, sa kabila ng kakulangan ng materyal sa relasyon sa pagitan ng molekular na kimika at kristal na kimika. Para sa mga compound ng ilang mga klase, ang mga relasyon na ito ay napakasimple na pinapayagan nila ang ilang mga valence na italaga sa mga particle, kung saan maaaring makuha ang aktwal na mga koepisyent. Hindi dapat balewalain na ang regularidad na ito (na, dahil sa maraming paghihirap, ay hindi maaaring balewalain mga kemikal na compound sa pangkalahatan) kaya mabilis na nakakuha ng pagkilala para lamang sa isang geochemical na dahilan. Ang oxygen ay mahalagang elemento panlabas na lithosphere, at tiyak na batay sa kaugnayan sa pagitan ng mga bilang ng mga atomo ng oxygen at iba pang mga elemento sa mga compound ng oxygen Napag-isipan ang isang tuntunin na ang anumang mga stoichiometric na ratio ay imposible para sa mga electrically neutral na asosasyon.
Sa una, ito ay tungkol lamang sa mga coefficient, na, gayunpaman, ay madalas na natagpuan sa batayan ng isang pagsusuri ng mga kristal na istrukturang asosasyon at inilipat sa molecular chemistry, sa kabila ng kakulangan ng materyal sa relasyon sa pagitan ng molekular na kimika at kristal na kimika. Sa kasalukuyan, maaari nating ipagpalagay na sa mga electrically neutral na atomic association sikat na species ang mga atomo sa ilalim ng normal na mga kondisyon ay nakatayo sa mga simpleng stoichiometric ratio sa iba. Para sa mga compound ng ilang mga klase, ang mga relasyon na ito ay napakasimple na pinapayagan nila ang ilang mga valence na italaga sa mga particle, kung saan maaaring makuha ang aktwal na mga koepisyent. Hindi dapat balewalain na ang pagiging regular na ito (na, dahil sa maraming kahirapan, ay hindi maaaring balewalain para sa mga kemikal na compound sa pangkalahatan) ay nakilala nang napakabilis para lamang sa isang geochemical na dahilan. Ang oxygen ay ang pinakamahalagang elemento ng panlabas na lithosphere, at ito ay tiyak na batay sa mga ratio sa pagitan ng mga bilang ng mga atomo ng oxygen at iba pang mga elemento sa mga compound ng oxygen na ang panuntunan ay nagmula na ang anumang mga stoichiometric ratio ay imposible para sa mga electrically neutral na asosasyon.
Mga pagpapakita ng mga pakikipag-ugnayang electronic-vibrational (o, sa madaling salita, vibronic) sa mga polyatomic system, na pinagsama sa literatura sa ilalim ng karaniwang pangalan ang epekto ng Jahn-Teller, na bumubuo sa kasalukuyan ng isang bagong mabilis na pagbuo ng direksyon sa pisika at kimika ng mga molekula at kristal.
Madaling makita na sa pagitan ng mga reaksyon I at II ay mayroong pangunahing pagkakaiba. Reaksyon I kumakatawan sa kimika ng mga molekula; ang mga kadahilanan ng enerhiya lamang ang lumahok sa pag-activate ng kanilang mga reagents. Ang mga Reaksyon II ay kumakatawan sa buong kimika, ang pagbabago ng mga molekula kung saan isinasagawa pangunahin sa pakikilahok ng mga sistema ng berthollide. Ang direksyon at rate ng mga reaksyon I ay ganap na tinutukoy kemikal na istraktura mga molekulang tumutugon. Ang direksyon at bilis ng mga reaksyon II ay tinutukoy pareho ng kemikal na istraktura ng mga tumutugon na molekula at organisasyong kemikal sistemang catalytic.
Dahil para sa pagbuo ng isang singsing, sarado hydrogen bonds, kailangan nasasabik na estado, tila, walang saysay na pag-aralan nang detalyado ang impluwensya iba't ibang grupo mga substituent sa proseso ng cyclization gamit ang data mula sa conventional organic chemistry reactions. Masasabing ang photochemistry ay nababahala sa chemistry ng mga molecule sa isang excited na estado kaysa sa ground state.
Nais kong maikling tugunan ang isyu ng reaktibiti triplet na molekula. Ang tanong na ito, sa pangkalahatan, ay napakalaki, dahil ang kimika ng mga molekula sa estado ng triplet ay isang malayang larangan. Tatalakayin ko lamang ang qualitative na katangian ng activation energy ng isang reaksyon na kinasasangkutan ng mga molecule sa triplet state. Ano ang pagkakaiba sa pagitan ng naturang molekula at isang radikal. Ang pinakasimpleng halimbawa ay ang O2 molecule, kung saan ang triplet state ay ang ground state. AT kasong ito Malinaw, walang activation energy.
