"สร้าง" โมเลกุลได้อย่างไร?

ในปีพ. ศ. 2404 เหตุการณ์ที่โดดเด่นเกิดขึ้น - สารคล้ายน้ำตาลถูกสร้างขึ้นครั้งแรกในหลอดทดลองของนักเคมี!

จำเป็นต้องพูดถึงความสำคัญของเหตุการณ์นี้หรือไม่? ประชากรโลกเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าทุก ๆ 60-100 ปี เขาต้องการอาหารมากขึ้นเรื่อย ๆ ด้วยเหตุนี้จึงมีการไถที่ดินใหม่การประมงกำลังได้รับการปรับปรุงและอื่น ๆ จากนั้น Butlerov ก็ได้น้ำตาลโดยการบำบัดฟอร์มาลดีไฮด์ด้วยน้ำปูนใส เหตุใดจึงยังคงปลูกอ้อยและไร่บีทรูท? อาหาร - น้ำตาลแรกจากนั้นโปรตีน - สามารถสร้างขึ้นเองได้!

แต่ถ้าตอนนี้คุณมองหาอาหารเทียมคุณจะไม่พบแม้ว่าจะมีการสังเคราะห์น้ำตาลขึ้นมาเป็นศตวรรษแล้วก็ตาม นักเคมีมีไพ่ที่สับสน ... อย่างไรก็ตามอย่าไปล้ำเส้นตัวเอง

ในทางคณิตศาสตร์สองเป็นสองเสมอ แต่ในเคมีอินทรีย์โมเลกุลสองโมเลกุลที่ประกอบด้วยอะตอมเดียวกันในลำดับเดียวกันไม่จำเป็นต้องเทียบเท่าซึ่งกันและกัน และ "ผู้กระทำผิด" ของสิ่งนี้คือโครงสร้างเชิงพื้นที่ของโมเลกุล

มันคืออะไร? คุณมีห้านิ้วบนมือทั้งสองข้าง ลำดับของการจัดเรียงของพวกเขาเหมือนกัน แต่ลองผสมถุงมือแล้วให้ใส่ถุงมือด้านซ้ายบนมือขวา โครงสร้างเชิงพื้นที่คือสิ่งที่แยกความแตกต่างด้านซ้ายจากด้านขวา

โมเลกุลของพอลิเมอร์ - โซ่ขนาดยักษ์เหล่านี้ของแต่ละหน่วยของโมเลกุลขนาดเล็กที่เรียกว่าโมโนเมอร์ - ถูกเน้นอย่างเคร่งครัดในอวกาศเมื่อเทียบกันและในแง่นี้ก็เหมือนกับถุงมือ โมเลกุลเหล่านี้บางส่วนให้ลักษณะเชิงพื้นที่ในบางโมเลกุลเมื่อหมุนแล้วจะเปลี่ยนลำแสงโพลาไรซ์ไปทางขวาในขณะที่โมเลกุลอื่น ๆ - ไปทางซ้าย ร่างกายของสัตว์และมนุษย์ประกอบด้วยโมเลกุลของโปรตีน levorotatory เท่านั้น โมเลกุลของ Dextrorotatory ไม่ได้ถูกดูดซึมโดยร่างกาย สำหรับเขาพวกเขา "กินไม่ได้" และเนื่องจากผลิตภัณฑ์สังเคราะห์เป็นส่วนผสมของโมเลกุลที่ถูกต้องและลดระดับน้ำดังนั้น ...

ปรากฎว่าได้รับสารที่ต้องการไม่เพียงพอ นอกจากนี้ยังจำเป็นต้องกำจัดสถาปัตยกรรมของแต่ละโมเลกุล เพื่อให้แต่ละกลุ่มของอะตอมในโมเลกุลเข้าสู่สถานที่ที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัดในอวกาศ และหากไม่ปฏิบัติตามกฎนี้แม้ว่าจะสร้างวัสดุโพลีเมอร์ทางเทคนิคผลลัพธ์ก็น่าผิดหวัง

ตัวอย่างเช่นมีโพลีสไตรีนและโพลีสไตรีน พอลิสไตรีนซึ่งเป็นของใช้ในครัวเรือนจำนวนมากในปัจจุบันมีลักษณะเป็นอสัณฐาน โครงสร้างโมเลกุลของมันเป็นเหมือนพุ่มไม้ที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ซึ่งลำต้นกิ่งก้านรากจะปะปนกันอย่างยุ่งเหยิง

แต่ถ้าโมเลกุลของโพลีสไตรีนอยู่ในอวกาศโดยจัดเรียงตามลำดับที่เข้มงวดเช่นเดียวกับพืชที่หว่านในลักษณะซ้อนกันเป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสโพลีสไตรีนดังกล่าวก็จะเหมือนกับชื่อที่ "ไม่เป็นระเบียบ" ของมันน้อยมาก ถ้าพอลิสไตรีนอสัณฐานมีจุดหลอมเหลว 80 องศาแล้วพอลิสไตรีน "จัด" (โมเลกุลของสารดังกล่าวเรียกว่าสเตอรีโอกูลาร์) - 240 องศา ความแตกต่าง! นอกจากนี้โพลิเมอร์ stereoregular ยังมีความแข็งแรงเป็นสองเท่า

เป็นเรื่องง่ายที่จะจินตนาการว่าเศรษฐกิจของประเทศจะก้าวกระโดดได้อย่างไรหากโรงงานต่างๆผลิตโพลีเมอร์สเตอริโอธรรมดาเท่านั้น! และโอกาสในการเปลี่ยนผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติด้วยผลิตภัณฑ์สังเคราะห์จะเพิ่มขึ้นมากแค่ไหน!

แต่โมเลกุลไม่ใช่บ้านและสสารไม่ใช่เมืองที่สร้างได้ตามใจชอบ เป็นเรื่องยากที่จะจินตนาการถึง "นั่งร้าน" สำหรับแต่ละโมเลกุลจำนวนหลายล้านล้านโมเลกุล

นี่คือเหตุผลที่ความพยายามทั้งหมดที่จะได้รับโพลีเมอร์สเตอริโอกลูลาร์บริสุทธิ์ไม่ได้รับการสนับสนุน อย่างดีที่สุดด้วยความช่วยเหลือของตัวเร่งปฏิกิริยาพิเศษมันเป็นไปได้ที่จะได้สารผสมที่เน้นโมเลกุลแปดสิบเปอร์เซ็นต์และยี่สิบตัวมีความผิดปกติ โมเลกุลที่ "ไม่เป็นระเบียบ" เหล่านี้ทำให้คุณภาพของวัสดุลดลงทันที

เห็นได้ชัดว่าไม่สามารถหาวัสดุแห่งอนาคตได้โดยใช้วิธีการเดิมต้องหาวิธีการใหม่ ๆและครั้งหนึ่งในห้องปฏิบัติการของสถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์การสังเคราะห์ปิโตรเคมีของ USSR Academy of Sciences พวกเขาพบวิธีหนึ่งในการนี้

พวกเขาจัดการสร้าง "นั่งร้าน" สำหรับประกอบโมเลกุลโพลีเมอร์แบบสเตอริโอ แต่โมเลกุลนี้เองไม่สามารถมองเห็นได้แม้ในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน

"นั่งร้าน" กลายเป็นโมเลกุลของสารอื่น - ยูเรีย

ทำให้ง่ายขึ้นเราสามารถพูดได้ว่าโมเลกุลของยูเรียมีรูปร่างเป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัส ในระหว่างการตกผลึกของยูเรียบริสุทธิ์สี่เหลี่ยมจะเชื่อมต่อกันเป็นคู่ ๆ กลายเป็นรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูน

แต่เมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับไฮโดรคาร์บอน (ซึ่งเป็นโมโนเมอร์) โมเลกุลของยูเรียไม่รวมกันเป็นสอง แต่เป็นสาม รูปหกเหลี่ยมเกิดขึ้นซึ่ง "จับ" โมเลกุลโมโนเมอร์

เช่นเดียวกับตัวอ่อนในรังผึ้งปัจจุบันโมเลกุลของโมโนเมอร์อยู่ในผลึกยูเรีย พวกเขาตั้งอยู่ภายในตาข่ายคริสตัลตามลำดับที่เข้มงวดครอบครองตำแหน่งที่แน่นอนในอวกาศ หากตอนนี้เรา“ เชื่อมโยงข้าม” โมโนเมอร์ซึ่งกันและกันนั่นคือเชื่อมโยงพวกมันด้วยพันธะเคมีแล้วพอลิเมอร์สเตอรีโอกูลาร์ก็พร้อม ...

"การเชื่อมขวาง" ของโมโนเมอร์ทำได้โดยการฉายรังสี อนุภาคขนาดเล็กของรังสีกระตุ้นตัวอ่อนโมโนเมอร์ทำให้ดูเหมือนจับมือได้ พอลิเมอไรเซชันด้วยรังสีสามารถทำได้ภายในไม่กี่วินาทีในขณะที่ตัวเร่งปฏิกิริยาต้องใช้เวลาหลายชั่วโมง สามารถดำเนินการได้ในปริมาณเท่าใดก็ได้ตราบเท่าที่พลังของตัวปล่อยเพียงพอ

นั่งร้านโลหะที่ดีหลังจากสิ้นสุดการก่อสร้างถูกรื้อถอนและนำไปก่อสร้างใหม่ ดังนั้นจึงอยู่ที่นี่ เมื่อพอลิเมอไรเซชันเสร็จสมบูรณ์ยูเรียจะละลายในน้ำและได้โพลีเมอร์บริสุทธิ์และสามารถนำยูเรียไปใช้ในกระบวนการเดียวกันได้อีกครั้ง

อย่างไรก็ตามบนโครงตาข่ายคริสตัลของยูเรียมีเพียงโมโนเมอร์เท่านั้นที่สามารถโพลีเมอร์ได้ซึ่งอยู่ภายในช่องที่เกิดจากรูปหกเหลี่ยมของโมเลกุล แต่ไม่เพียง แต่ยูเรียเท่านั้นที่สามารถทำปฏิกิริยากับไฮโดรคาร์บอนด้วยวิธีนี้ ตอนนี้นักวิทยาศาสตร์กำลังมองหาสารที่ตกผลึกสร้างช่องทางที่มีขนาดและรูปร่างแตกต่างกันซึ่งสามารถใช้เป็น "นั่งร้าน" สำหรับสารพอลิเมอร์ชนิดต่างๆ

โมเลกุลที่มีสถาปัตยกรรมที่กำหนด ... สารที่สร้างขึ้นตามพิมพ์เขียว ... นี่คือก้าวที่ยิ่งใหญ่ในด้านเคมี

Gavrilova N.V.

สิ่งพิมพ์ที่คล้ายกัน

ปัจจัยจักรวาลของแรงโน้มถ่วงและสิ่งมีชีวิตบนโลก

เทพเจ้าในชุดคลุมสีน้ำเงิน

การผลิตสมองอิเล็กทรอนิกส์