📚 Hub Books: Онлайн-чтение книгДомашняяЗанимательная химия для детей и взрослых - Илья Леенсон

Занимательная химия для детей и взрослых - Илья Леенсон

Шрифт:

-
+

Интервал:

-
+
1 ... 58 59 60 61 62 63 64 65 66 ... 85
Перейти на страницу:

Структура 28

Перейдем теперь к другой крайности – самым маленьким циклам, содержащим всего три атома в кольце. Производные циклопропана и циклопропена хорошо известны, а вот циклопропин с тройной связью в кольце получить никому не удалось. В 1994 г. группа немецких химиков сумела получить спектральные доказательства существования при очень низких температурах силациклопропина C2SiH2 с атомом кремния в цикле. Атом кремния намного больше атома углерода (ковалентные радиусы 0,12 и 0,08 нм соответственно) и потому делает возможным существование этой молекулы. Самым маленьким чисто углеродным циклом с тройной связью оказался циклопентин, вернее, его производное аценафтин (29), содержащий нафталиновое ядро из двух бензольных колец. Аценаф тин – ацетиленовый аналог хорошо известного аценафтилена с двойной связью в пятичленном цикле.

Занимательная химия для детей и взрослых

Структура 29

Аценафтилен содержится в каменноугольной смоле, продуктах переработки сланцев, табачном дыме. А отличие от аценафтилена аценафтин очень нестабилен, и его существование доказано лишь по продуктам присоединения по тройной связи. Самый маленький цикл с одной тройной ацетиленовой связью, стабильный при обычных условиях, – это восьмичленный циклооктин С8Н12. Из циклических сопряженных полиинов (в них чередуются тройные и одинарные связи) самый маленький из известных содержит 12 атомов углерода, а самый большой – 30. Поскольку эти соединения циклические и у них нет концевых групп, они не содержат ни одного атома водорода и в этом отношении напоминают фуллерены. Более того, две положительно заряженные молекулы упомянутого циклополиина с 30 атомами углерода могут реагировать с образованием бакминстерфуллерена (17)!

Особый интерес для химиков-теоретиков представляют циклы с сопряженными (чередующимися) двойными связями – аннулены (самый известный из них – бензол). Дело в том, что на этих соединениях можно экспериментально проверить правило Хюккеля: если в единой сопряженной системе число π-электронов равно 4 n + 2, то данное соединение относится к ароматическим. Оказалось, что самый большой аннулен, содержащий 26 атомов углерода (и одну тройную связь; структура 30), действительно обладает ароматическим характером. Если же двойные связи не чередуются с простыми, а расположены по соседству, то такие соединения называются кумуленами. Самый известный из них – газообразный пропадиен (аллен) СН2=С=СН2. Кумулены встречаются в природе – в продуктах жизнедеятельности низших грибов, высших растений, насекомых. Так, в некоторых растениях содержится производные бутатриена СН2=С=С=С=СН2. Все это линейные соединения. Циклические же кумулены долгое время были неизвестны. Только в 1990 г. получили 1,2,3-циклогексатриен (31), в 1992 г. – его 1,2,4-изомер (32) и, наконец, в 1996 г. – самый маленький из известных циклических кумуленов – 3,4-дидегидротиофен (33). Все эти соединения обладают очень высокой реакционной способностью; их существование было доказано по продуктам присоединения. Любопытно, что имя одного из авторов статьи о 1,2,3-гексатриене – Уильям Шекспир (бывший аспирант из Университета штата Нью-Хэмпшир). По этому поводу его руководитель Ричард Джонсон как-то пошутил: «Я – основной соавтор Уильяма Шекспира! А ведь на нашем факультете английского языка такого филолога не сыщешь».

Занимательная химия для детей и взрослых

Стуктуры 30—33

Некоторые соединения интересны своей правильной геометрической формой. Еще древним грекам были известны правильные выпуклые многогранники, получившие название платоновых тел. Всего их пять – тетраэдр, куб, октаэдр, додекаэдр (12 пятиугольных граней) и икосаэдр (20 треугольных граней). Химиками пока получены молекулы в форме трех из этих многогранников. Самый простой из них – тетраэдран до сих пор неизвестен, хотя в 1978 г. было получено его производное, содержащее стабилизирующие трет -бутильные группы (34). Кубан известен с 1964 г. Наконец, «химический» додекаэдран (35) был реализован в 1982 г. путем 23-стадийного (!) синтеза. Очень красивую структуру имеют также фуллерены. Самый известный из них – бакминстерфуллерен С60(17) содержит 20 шестиугольных и 12 пятиугольных углеродных циклов – точь-в-точь, как футбольный мяч. Его синтез не требует многостадийных операций: достаточно быстро охладить пары´ графита, полученные в электрической дуге. Этот фуллерен производится в промышленном масштабе; правда, пока он довольно дорог, но цена быстро снижается. Если в 1994 г. 1 г его стоил 550 долларов, то через 10 лет – уже в 10 раз меньше.

Занимательная химия для детей и взрослых

Структура 34

Занимательная химия для детей и взрослых

Структура 35

Практически неограниченные возможности для молекулярного дизайна создают бензольные кольца. Химики научились соединять их в самых причудливых комбинациях. Еще с XIX в. известны линейные цепочки из сочлененных бензольных колец – нафталин (два кольца), антрацен (три кольца). Пока удалось довести этот ряд до семичленного гептацена (36). Если же рассматривать не только прямолинейные, но и зигзагообразные структуры, то рекорд здесь принадлежит синтезированному в 1997 г. тетрапентил[11]фенацену, состоящему из 11 колец (37). Синтезу более длинных цепей препятствует очень низкая растворимость подобных соединений.

Занимательная химия для детей и взрослых

Структура 36

Занимательная химия для детей и взрослых

Структура 37

Если не чередовать расположение бензольных колец, как в фенацене, а присоединять их с одной и той же стороны, то вплоть до пяти соединенных таким способом колец молекула остается плоской (что легко проверить с помощью карандаша и бумаги, рисуя правильные шестиугольники, постепенно образующие кольцо). Но уже шестому кольцу в гексагелицене мешает первое (последние кольца в цепи должны быть свободными), и молекула начнет сама по себе закручиваться в так называемую гелиценовую спираль. Рекорд по числу колец в таких молекулах принадлежит [14]-гелицену, в котором спираль из 14 колец делает почти 2,5 витка. Гелицены, несмотря на отсутствие асимметрических атомов углерода, обладают оптической активностью и могут существовать в виде двух модификаций – правой и левой спирали. Такие соединения характеризуются необыкновенно высоким удельным вращением (т. е. углом поворота плоскости поляризации света при единичной концентрации вещества): уже у гексагелицена удельное вращение равно 3640°, что в 55 раз больше, чем у сахарозы!

Занимательная химия для детей и взрослых

1 ... 58 59 60 61 62 63 64 65 66 ... 85
Перейти на страницу:

Комментарии

Обратите внимание, что комментарий должен быть не короче 20 символов. Покажите уважение к себе и другим пользователям!

Никто еще не прокомментировал. Хотите быть первым, кто выскажется?