|
 W 1861 roku wydarzyło się niezwykłe wydarzenie - substancja podobna do cukru powstała po raz pierwszy w probówce chemika!
Nie trzeba mówić o znaczeniu tego wydarzenia? Ludność Ziemi podwaja się co 60-100 lat. Potrzebuje coraz więcej jedzenia. W tym celu zaorane są nowe ziemie, ulepszane jest rybołówstwo i tak dalej. A potem Butlerow dostał cukier, traktując formaldehyd wodą wapienną. Po co uprawiać plantacje trzciny cukrowej i buraków cukrowych? Żywność - najpierw cukier, potem białka - można sztucznie wytworzyć!
Ale jeśli teraz szukasz sztucznej żywności, nie znajdziesz jej, chociaż minęło sto lat od syntezy cukru. Chemicy mają pomieszane karty ... Jednak nie wyprzedzajmy siebie.
 W matematyce dwa to zawsze dwa, ale w chemii organicznej dwie cząsteczki złożone z tych samych atomów, w tej samej kolejności, niekoniecznie są sobie równoważne. A „winowajcą” tego jest przestrzenna struktura cząsteczek.
Co to jest? Masz pięć palców na obu dłoniach. Ich kolejność jest taka sama. Ale spróbuj, po pomieszaniu rękawiczek, połóż lewą na prawą rękę. Struktura przestrzenna jest tym, co odróżnia lewą stronę od prawej.
Cząsteczki polimeru - te gigantyczne łańcuchy pojedynczych jednostek małych cząsteczek zwanych monomerami - są ściśle zorientowane w przestrzeni względem siebie i pod tym względem przypominają rękawiczki. Niektóre z tych cząsteczek mają swoje właściwości przestrzenne, ponieważ niektóre z nich po obróceniu obracają spolaryzowaną wiązkę światła w prawo, a inne w lewo. Ciało zwierząt i ludzi składa się wyłącznie z lewoskrętnych cząsteczek białka. Cząsteczki prawoskrętne po prostu nie są wchłaniane przez organizm. Są dla niego „nie jadalne”. A ponieważ produkty syntetyczne są mieszaniną cząsteczek prawoskrętnych i lewoskrętnych, to ...
Okazuje się, że nie wystarczy zdobyć wymaganej substancji. Konieczne jest również pozbycie się architektury każdej cząsteczki. Aby każda grupa atomów w cząsteczce zajmowała ściśle określone miejsce w przestrzeni. A jeśli ta zasada nie jest przestrzegana nawet podczas tworzenia technicznych materiałów polimerowych, wyniki są rozczarowujące.
Na przykład jest polistyren i polistyren. Polistyren, z którego obecnie wykonuje się wiele artykułów gospodarstwa domowego, jest amorficzny. Jego struktura molekularna przypomina nieprzenikniony gąszcz, w którym łodygi, gałęzie, korzenie mieszają się w nieładzie.
 Gdyby jednak cząsteczki polistyrenu były zorientowane w przestrzeni, ułożone w ścisłej kolejności, jak rośliny zasiane w kwadratowy sposób, wówczas taki polistyren byłby bardzo podobny do swojego „niezorganizowanego” imiennika. Jeśli bezpostaciowy polistyren ma temperaturę topnienia 80 stopni, to „zorganizowany” polistyren (cząsteczki takiej substancji nazywane są stereoregularnymi) - 240 stopni. Różnica! Ponadto stereoregularny polimer jest dwukrotnie silniejszy.
Łatwo sobie wyobrazić, jaki skok dokonałaby gospodarka narodowa, gdyby fabryki produkowały tylko polimery stereo-regularne! I o ile wzrosłyby szanse zastąpienia produktów naturalnych produktami syntetycznymi!
Ale cząsteczka nie jest domem, a substancja nie jest miastem, które można zbudować według własnego uznania. Trudno sobie wyobrazić „rusztowanie” dla każdej z wielu bilionów cząsteczek.
Dlatego wszystkie próby uzyskania czystych polimerów stereoregularnych nie były zbyt zachęcające. W najlepszym przypadku przy pomocy specjalnych katalizatorów można było otrzymać mieszaniny, w których 80% cząsteczek było zorientowanych, a 20 nieuporządkowanych. Te „zdezorganizowane” cząsteczki natychmiast obniżyły jakość materiału.
Było jasne, że materiałów przyszłości nie da się zdobyć starymi metodami, trzeba było szukać nowych sposobów.I kiedyś w laboratorium Instytutu Badawczego Syntezy Petrochemicznej Akademii Nauk ZSRR znaleźli jeden ze sposobów na to.
Tutaj udało im się zbudować „rusztowanie” do składania stereoregularnych cząsteczek polimeru. Ale samej tej cząsteczki nie można zobaczyć nawet pod mikroskopem elektronowym.
„Rusztowaniem” okazały się cząsteczki innej substancji - mocznika.
Upraszczając nieco, możemy powiedzieć, że cząsteczka mocznika ma kształt kwadratu. Podczas krystalizacji czystego mocznika kwadraty są połączone parami, tworząc romb.
Ale oddziałując z węglowodorem (który jest monomerem), cząsteczki mocznika łączą się nie w dwóch, ale w trzech. Tworzy się sześciokąt, który „wychwytuje” cząsteczkę monomeru.
 Podobnie jak larwy w plastrze miodu, cząsteczki monomeru znajdują się teraz w kryształach mocznika. Znajdują się wewnątrz sieci krystalicznej w ścisłej kolejności, zajmują określoną pozycję w przestrzeni. Jeśli teraz „sieciujemy” monomery między sobą, to znaczy łączymy je wiązaniem chemicznym, wtedy stereoregularny polimer jest gotowy ...
„Sieciowanie” monomerów przeprowadza się przez napromieniowanie. Mikrocząsteczki promieniowania podniecają larwy monomeru, sprawiają, że wydają się one trzymać za ręce. Polimeryzację napromieniania można przeprowadzić w kilka sekund, podczas gdy w przypadku katalizatorów może to zająć godziny. Można go przeprowadzić w dowolnej objętości materii, o ile moc emitera jest wystarczająca.
Dobre rusztowanie metalowe po zakończeniu budowy jest demontowane i przenoszone do nowej konstrukcji. Więc to jest tutaj. Po zakończeniu polimeryzacji mocznik rozpuszcza się w wodzie i otrzymuje się czysty polimer, a mocznik można ponownie w pełni wykorzystać w tym samym procesie.
Jednak na sieci krystalicznej mocznika polimeryzować mogą tylko monomery, które są umieszczane wewnątrz kanału utworzonego przez sześciokąty jego cząsteczek. Ale nie tylko mocznik może oddziaływać w ten sposób z węglowodorami. Obecnie naukowcy poszukują substancji, które krystalizując, tworzą kanały o różnej wielkości i kształcie, a tym samym mogą służyć jako „rusztowanie” dla różnych substancji polimerowych.
Cząsteczki o określonej architekturze… Substancje zbudowane według planu… To ogromny krok naprzód w chemii.
Gavrilova N.V.
|
