Е.В. Савинкина, Г.П. Логинова, С.С. Плоткин - История химии. Элективный курс (1118120), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Нобелевскойпремии по ф и з и к е . Первый минерал, открытый в 1932 г. спомощью рентгеновских лучей, в честь У. Г. Брэгга был названбрэггитом, В 1920 г. методом рентгеноструктурного анализабыла впервые определена структура органического вещества —целлюлозы. В 1946-1950 гг. У. Л. Брэгг совместно с английскимф и з и к о м Д ж . Д. Берналом и американским физиком и химикомЛ.
Полингом заложил основы структурного анализа белка.С 1950 г. д л я исследования строения веществ наряду сдифракцией рентгеновского излучения стали применять диф р а к ц и ю электронов. В настоящее время рентгеноструктурныйанализ я в л я е т с я одним из важнейших методов исследованиястроения неорганических и органических веществ. Созданыкомпьютерные программы, позволяющие быстро и надежно обрабатывать экспериментальные данные и получать точные координаты каждого атома в составе кристаллического вещества.Начало развитию масс-спектрометрии было положено в1910 г. опытами Д ж . Томсона. Он исследовал пучки заряженных частиц, разделение которых по массам и зарядам проводилось с помощью электрического и магнитного полей, аспектр регистрировался на фотопластинке.
Первый масс-спектрометр был сконструирован в 1918 г. С помощью этого методабыл исследован изотопный состав элементов, изучены свободные радикалы. Первый серийный масс-спектрометр был создан в 1940 г. Соединение масс-спектрометра с хроматографом(1959 г.) и термораспылительным устройством (1983 г.) даловозможность исследовать сложные смеси летучих и нелетучихвеществ.Открытие естественных и искусственных радиоактивныхизотопов стало основой для создания метода изотопных индикаторов. В 1923 г. венгерский физикохимик Дьердь (Георг)Хевеиэм (1885-1966) впервые применил в качестве радиоактивного индикатора радий для изучения распределения свинца182Часть 7. Современная химияв растениях. Он разработал метод изотопного разбавления иприменил различные радиоактивные изотопы д л я изучениябиохимических процессов.
Совместно с венгерским химикомГ. Леви он разработал в 1936 г. метод нейтронного активационного анализа. За работы по использованию изотопов в.качестве меченых атомов для изучения химических процессовХевеши был в 1943 г. удостоен Нобелевской премии. Впоследствии радиоактивные изотопы стали широко применятьсядля изучения многих биохимических процессов, механизмовреакций с участием органических и неорганических веществ,количественного анализа.В ходе исследования воздействия магнитных полей на веЦщество в 40-е годы XX в.
были открыты явления электронногопарамагнитного резонанса (ЭПР) и ядерно-магнитного резонанса (ЯМР), ставшие основой новых методов изучения строенияхимических соединений и скоростей химических реакций.В 80-е годы началось бурное внедрение методов спектроскопиии томографии ЯМР в медицину для диагностики сложныхзаболеваний.В 1958 г. немецкий физик Рудольф Мёссбауэр открыл новое Яфизическое явление излучения и поглощения 7-квантов атомными ядрами в твердых телах — эффект Мёссбауэра. Черездва года мёссбауэровскую спектроскопию стали применять вхимии. Относительная простота эксперимента и хорошо разработанные теоретические основы этого метода сочетаются свысокой степенью информативности. По спектру, в частности,можно судить о различии в характере химических связей.Вопросы1.
Почему в современных исследованиях заключение о строении вещества делают лишь после сопоставления и взаимнойпроверки информации, полученной разными методами?2. Какие новые физические явления могут стать основой методов изучения строения и свойств химических веществ?7.2.2. Супрамолекулярная химияКаких успехов добились химики к концу XX в. в целенаправленном синтезе соединений с заданными свойствами?После осуществления первых химических синтезов, изкоторых обычно отмечают синтез мочевины Ф.
Вёлером в1828 г., было получено огромное количество новых молекули новых материалов, не существующих в природе. Они были7.2. Новые направления в химии183созданы путем перегруппировок атомов в новые комбинациии структуры. Основываясь на умении разрывать и создаватьопределенные ковалентные связи, ученые разработали множество методов для создания все более сложных молекулярныхструктур. К выдающимся достижениям органического синтезаотносится, например, синтез витамина В12, осуществленный вначале 70-х годах XX в. Р. Вудвордом при участии около сотнисотрудников.После того как химики в полной мере научились манипулировать ковалентными связями, они обратились к нековалентным межмолекулярным взаимодействиям, которые имеютбольшое значение в биологических системах, так как обусловливают высокоспецифические процессы распознавания, взаимодействия, транспорта, регуляции.В 1 8 9 4 г. Э.
Фишер сформулировал образный принцип«ключ—замок», предполагающий, что в основе молекулярногораспознавания лежит пространственное соответствие реагирующих частиц. Селективное связывание между партнерамиможно объяснить с точки зрения координационной теории,предложенной в конце XIX в. А. Вернером.Идею о том, что молекулы не реагируют друг с другом,если не вступают в связь, высказал немецкий врач, бактериолог и биохимик Пауль Эрлих ( 1 8 5 4 - 1 9 1 5 ) , который в 1906 г.ввел понятие рецептора. Он, в частности, предложил первуюхимическую интерпретацию иммунологических реакций, чтобыло отмечено в 1 9 0 8 г. Нобелевской премией по физиологии имедицине, которую Эрлих получил вместе с И.И.
Мечниковым.В середине 1930-х годов для описания ассоциатов координационно-насыщенных молекул (например, димера уксусной кислоты) был предложен термин «сверхмолекула». Новым толчкомк исследованию слабых нековалентных взаимодействий послужило развитие современных физических методов исследованияструктуры и свойств: инфракрасной, ультрафиолетовой и, особенно, ЯМР-спектроскопии, масс-спектрометрии и рентгеновской дифракции.Основными понятиями современной супрамолекулярной химии стали понятия о фиксации (связывании), распознавании икоординации.
Эта область химии начала развиваться с изучения селективного связывания щелочных металлов природнымии синтетическими органическими соединениями. Первые исследования были проведены американским химиком ЧарлзомПедерсеном ( 1 9 0 4 - 1 9 8 9 ) , который в 1962 г. получил макроцик-184Часть 7. Современная химиялический эфир, способный образовывать комплексы с солямищелочных элементов.
Позднее он синтезировал много аналогичных соединений, названных им краун-эфирами, так как посвоей форме они напоминают корону. Такие соединения являются «хозяевами», в полостях которых располагаются «гости»,удерживаемые силами межмолекулярного взаимодействия.Термин «супрамолекулярная химия» был введен в 1978 г.французским химиком Жаном-Мари Пьером Леном и определен им как «химия за пределами молекулы, описывающаясложные образования, которые являются результатом ассоциации двух (и более) химических частиц, связанных вместемежмолекулярными силами».
В 70-е годы XX в. Лен установилналичие геометрической и энергетической комплементарностикак важнейшей закономерности образования супрамолекул.В 1987 г. за определяющий вклад в развитие химии макрогетероциклических соединений, способных избирательно образовывать молекулярные комплексы типа «хозяин—гость»,Ч. Педерсен, Д. Крам и Ж.-М.
Лен были удостоены Нобелевской премии.Основой супрамолекулярной химии являются программируйемые высокоселективные нековалентные взаимодействия, приводящие к самопроизвольному образованию сложных ансамблей молекул. В настоящее время супрамолекулярная химияизучает разнообразные явления не только химии, но и другихнаук — от физики (организованные твердые и жидкие фазы) добиологии (природные молекулярные ансамбли).Вопросы1. Если атомы и молекулы можно считать «буквами» и «словами» языка химии, то какую роль играют супрамолекулы?2.
Ж.-М. Лен высказал идею о создании в лабораторных условиях жизни, основанной на других принципах, чем жизнь,созданная природой. Какие это могут быть принципы?7.2.3. БиотехнологияКакие вещества можно получать с помощью живых организмов и в результате биологических процессов?Целенаправленные превращения веществ можно осуществлять не только при действии химических реагентов, но и с использованием живых организмов. Такие процессы происходят7.2.Новые направлениявХИМИИ185при хлебопечении, приготовлении вина, пива, уксуса, сыра имолочнокислых продуктов, обработке кожи и растительныхволокон.Процессы брожения, в результате которых из сахара образуется спирт, интересовали многих исследователей. В трактате знаменитого европейского алхимика Василия Валентина(XV в.) брожение описывается как результат действия некоегодуха, приводящего ячменный экстракт в «состояние внутреннего жара и движения», и этот дух был назван «ферментум»(в переводе с латинского означает «закваска»).
Большинствохимиков, в том числе П. Э.М. Бертло и Ю. Либих, считалиброжение чисто химическим процессом. В отличие от них,французский химик и микробиолог Луи Пастер (1822-1895)утверждал, что этот процесс является биологическим. В1857 г.он показал, что спиртовое брожение может протекать лишь вприсутствии микроорганизмов (дрожжей) и является особойформой обмена веществ живых дрожжевых клеток.
В то жевремя Пастер не отрицал возможности выделения ферментовиз организмов и внеклеточного брожения, что было позднееподтверждено экспериментально многими химиками. Оказалось, что процессы брожения могут идти в отсутствие живыхдрожжевых клеток, если воспользоваться их экстрактами. Исследования процесса брожения, проведенные Пастером и другими учеными, явились научной основой использования микроорганизмов в производстве уксуса, виноделии и пивоварении.Таким образом Пастер заложил научные основы управлениямикробиологическими процессами. Он создал в 1865 г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
