ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Новые пути реакций из "Возможности химии сегодня и завтра" Чем глубже мы поймем причины реакционной способности соединений и чем лучше научимся управлять ею, тем шире станут возможности синтетической химии, что в итоге, можно быть в этом уверенным, приведет к разработке новых процессов и получению новых продуктов. И вновь заметим, что центральную роль в этом играют мошные инструментальные методы. Химики-синтетики теперь умеют быстро и точно определять состав продуктов реакции и их строение. Это очень ускоряет создание новых методов и подходов в синтезе. [c.153] Второе важнейшее направление исследований — это физическая органическая химия. Ее задача состоит в установлении связей между физическими, химическими и спектральными свойствами органических соединений и их молекулярной структурой. В рамках этого направления проводится подробное изучение путей реакхщй, по которым протекает превращение реагентов в продукты. При этом необходимо предсказать строение промежуточных продуктов, определить структуру переходных состояний, а также установить, какое влияние могут оказывать на механизм реакции растворитель, катализаторы, температура и pH. Физическая органическая химия создает теоретическую основу для предсказаний поведения еще неизвестных веществ и материалов, а также приемов их синтеза. [c.154] Третье направление — это синтез, требующий изобретательной стратегии. На сегодняшний день перед ним стоят две следующие цели сделать более доступными природные соединения и синтезировать новые полезные вещества, отсутствующие в природе. Так, например, ежегодно в мире синтезируют тысячи фунтов аскорбиновой кислоты (витамина С) такой чистоты, что препарат пригоден для людей. Таким образом общество получило источник этого полезного для здоровья вещества. Искусственный лекарственный препарат 5-фторурацил, очень эффективный в лечении некоторых видов рака, синтезируют в этих целях в меньших количествах. [c.154] Стоящие задачи потребовали творческого развития философии органического синтеза. Всего несколько десятков лет назад стратегия синтеза основывалась на разумном выборе реакций из числа уже известных. Подобно ходам в шахматной партии порядок осуществления реакций определялся заранее. Но с развитием наших представлений о механизмах реакций, в рамках которых реакции классифицируются в соответствии с типами механизмов, стало возможным изобретать новые реакции синтеза. Этот подход позволил одержать в органическом синтезе замечательные победы. [c.154] ПОВЫШЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ МОЖЕТ ИЗБИРАТЕЛЬНО повысить СКОРОСТЬ НУЖНОЙ РЕАКЦИИ. [c.155] ТЕПЕРЬ КАТАЛИЗАТОР ОБЕСПЕЧИВАЕТ ПОЛУЧЕНИЕ ПРОДУКТА ТРЕБУЕМОЙ ХИРАЛЬНОСТИ. [c.156] МИ соотношениями, которые связывают предмет и его зеркальное изображение или правую и левую ладони, т.е. не затрагивает хиральность (от греческого рука). Если же соединение может существовать в двух различных пространственных структурах, соответствующих как правой, так и левой руке, то в большинстве химических реакций образуется их смесь. [c.156] Разумеется, перчатку, предназначенную для левой руки, нельзя надеть на правую руку. То же самое и в природе. Хиральность здесь играет ключевую роль. Если молекула биологически активного соединения имеет правильную топологическую конформацию (т.е. правильную относительную стереохимию), то этого еще не достаточно для выполнения им его биологической функции. Для этого необходима также и соответствующая хиральность (абсолютная стереохимия). Молекулярная правая перчатка может выполнять в биологической реакции важнейшую функцию, в то время как соответствующая ей левая перчатка может быть в такой реакции совершенно неактивна или, хуже того, может даже приводить к нежелательным продуктам. [c.156] В настоящее время наблюдается мощный интеллектуальный подъем в неорганической химии, который сильнее всего затронул те ее области, которые лежат на стыке с соседними дисциплинами химию металлоорганических и бионеорганических соединений, химию твердого тела, биогеохимию и др. Возрастает, в частности, уверенность ученых в том, что неорганические элементы играют важную роль в живых системах. Живые существа вовсе не являются чисто органическими. Они весьма чувствительны к ионам металлов почти всей Периодической системы Д.И. Менделеева. Некоторые ионы играют важнейшую роль в таких жизненно важных процессах, как связывание и транспорт кислорода (железо в гемоглобине), поглощение и конверсия солнечной энергии (магний в хлорофилле, марганец в фотосистеме II, железо в ферродоксине, медь во фта-лоцианине), передача электрических импульсов между клетками (кальций, калий в нервных клетках), мышечное сокращение (кальций), ферментативный катализ (кобальт в витамине В12). Это привело к взрыву творческой активности ученых в области неорганической химии биосистем. Мы начинаем изучать строение ближайшего и дальнего окружения атомов металлов в биосистемах и учимся понимать, как это окружение позволяет атому металла с такой высокой чувствительностью реагировать на изменение pH, давление кислорода, присутствие доноров или акцепторов электронов. [c.158] ПЕРЕХОДНЫЕ МЕТАЛЛЫ ИСПОЛЬЗУЮТ ВАКАНТНЫЕ ВАЛЕНТНЫЕ ОРБИТАЛИ для СВЯЗЫВАНИЯ С ЭЛЕКТРОНОДОНОРНЫМИ ЛИГАНДАМИ. [c.158] Атомы металлов могут образовывать химические связи обычным способом, обобществляя электронные пары, как в молекуле газообразного хлорида титана Т1С14. Это соединение используют для получения чистого металлического титана, применяемого в авиастроении. Но, кроме того, металлы, расположенные в середине Периодической системы, имеющие вакантные /-орбитали (так называемые переходные металлы), могут выступать в качестве акцепторов электронов (кислот Льюиса). Например, в пентакарбониле железа Ре(СО)5 каждая молекула моноксида углерода отдает пару электронов на вакантную валентную орбиталь атома железа. В результате образуется устойчивая молекула со структурой бипирамиды. Молекулы моноксида углерода или другие молекулы, которые могут занимать их место в таких соединениях, называют лигандами. В молекуле Ре(СО)5 часть лигандов или все лиганды могут замещаться на другие доноры электронов (основание Льюиса), такие как моноксид азота N0, аммиак ННз, ионы галогенов Р , С1 , Вг , вода Н2О, цианид-ион N и многие другие. В результате образуется большой ряд соединений. По отношению к некоторым атомам металла в качестве лиганда может выступать даже молекула азота N2. В таком случае она становится более реакционноспособной, т.е. активируется. Это один из приемов, который химики-металлоорганики стремятся использовать, чтобы создать новые катализаторы для фиксации азота, т.е. для превращения N2 в аммиак МНз, который служит исходным продуктом в производстве удобрений. [c.159] СЛАБЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ, КОТОРЫЕ ОПРЕДЕЛЯЮТ РАСТВОРИМОСТЬ, ОТКЛОНЕНИЕ ПОВЕДЕНИЯ ОТ ИДЕАЛЬНОГО, ОЖИЖЕНИЕ ГАЗОВ. [c.160] В настоящее время такие комплексы можно получать и изучать спектральными методами в криогенных (низкотемпературных) матрицах, а также в молекулярных пучках, используя охлаждение в сверхзвуковой струе. Эти методы позволяют получить богатую информацию о молекулярной геометрии, амплитудах колебаний, дипольных моментах и о том, насколько легко происходит перетекание энергии из одной части комплекса в другую. Такие сведения очень нужны для создания точных теорий скоростей реакций и для предсказания реакционных координат. Последующие исследования должны помочь объяснить такие явления, как конденсация, растворимость и адсорбция. [c.160] На границе неорганической химии и химии твердого тела возникла область композитных структур. Композит состоит из двух или большего числа материалов, которые при соединении дают новый материал, обладающий некоторыми лучшими свойствами каждого из компонентов. Например, теперь производится многослойная керамика для соединения друг с другом полупроводниковых схем, а также неметаллические проводники из чередующихся слоев. Другой очень интересный новый класс материалов — композиты на сверхтонких волокнах. Тонкие нити, толщиной менее человеческого волоса (500-1000 А), могут совершенно изменить свойства материала, если они равномерно заполняют его, пронизывая насквозь. Наша следующая цель состоит в том, чтобы добиться полного понимания взаимодействия компонентов в таких материалах, с тем чтобы научиться синтезировать новые материалы с заданными свойствами. [c.160] АДАМАНТАН. Лабораторная экзотика. [c.161] Широкое распространение получила реакция циклоприсоединения с образованием пятичленных циклов, которая используется для синтеза самых различных соединений — от новых электропроводящих соединений до лекарственных препаратов (например, антибиотиков и противоопухолевых средств). Так, замыкание цикла на родиевом катализаторе является ключевой стадией в синтезе тиенамицина. В этом случае пятичленный цикл содержит атом азота. Конечный продукт оказался эффективным подобным пенициллину средством против инфекционных болезней. [c.161] КАТАЛИТИЧЕСКОЕ ЗАМЫКАНИЕ ПЯТИЧЛЕННОГО ЦИКЛА. [c.161] Когда-то эту молекулу считали безнадежно сложной . [c.162] Вернуться к основной статье