Спектр ЯМР на ядрах 1Н уксусной кислоты
Теперь нам ясно, какую информацию получает химик из спектра ядерного магнитного резонанса. Помимо спектров на протонах, в практике широко распространены магнитный резонанс на ядрах 19F, 31Р и особенно 13С. Благодаря таким спектрам, можно, получив вещество, уже через несколько минут узнать, сколько типов углеродных атомов в нем содержится и в каком окружении они находятся.
Молекулу разбивают на осколки...
Органическое вещество испаряют в высоком вакууме, получают поток отдельных молекул вещества. На этот поток молекул направляют пучок электронов,
Масс-спектр пропионового альдегида (сильно упрощен) отражает процесс последовательного распада этого соединения
которые выбивают из молекул по одному электрону. Получается так называемый молекулярный ион, заряженный положительно. Этот ион весьма неустойчив и очень скоро начинает распадаться на нейтральные осколки и положительно заряженные ионы. Все эти ионы ускоряются в электрическом поле и затем поступают в магнитное поле. А известно, что под действием магнитного поля движущийся электрический заряд отклоняется, причем это отклонение тем больше, чем меньше масса частицы, несущей это г заряд. Такой поток ионов, строго разобранных по массам, попадает на детектор (это может быть обычная фотопластинка).
И смотрите, какую богатую информацию мы получаем, разбив молекулу на кусочки и измерив массу всех этих осколков. Зная массу молекулярного иона, мы сразу узнаем молекулярную массу вещества. По тому, какие осколки образуются, мы можем судить о строении вещества, а зная, насколько легко они получаются, можем рассчитать энергетические характеристики молекулы.
Заключение
Начнем со структурной химии. Здесь заслуживают упоминания соединения, относящиеся к совершенно новому типу: соединения без химических связей. В 1964 г* немецкий химик Г. Шилл (ФРГ) разработал синтез вещества, образованного двумя сцепленными кольцами, которое относится к классу катенанов (от латинского слова, означающего "цепь").
Совсем недавно, в 1981 г. тому же ученому удалось синтезировать катенан из трех колец, одного большого и двух поменьше, который, как оказалось, может существовать в виде двух изомеров: в первом изомере (А) два кольца разделены бензольными фрагментами, во втором изомере (Б) оба малых кольца находятся по одну сторону от большого кольца:
Бензольные циклы не дают возможности малым кольцам скользить по всему большому кольцу. Этот новый тип изомерии был назван трансляционной изомерией.
Интересно, что в клетках удалось обнаружить циклические молекулы дезоксирибонуклеиновых кислот, которые, по-видимому, также могут образовывать катенановые структуры. В чем биологический смысл таких структур, пока не ясно.
В соединениях, о которых мы сейчас говорили, нет обычной химической связи между отдельными фрагментами, а молекула тем не менее не рассыпается на части. Нечто похожее имеется и в так называемых соединениях включения. Одно из них всем хорошо известно, это фиолетовое соединение йода с крахмалом. Размеры молекулы йода точно соответствуют размерам полости в структуре крахмала, йод захватывается и удерживается углеводной сеткой крахмала. Вот другой, более современный пример. Если упаривать раствор ферроцена C5H5FeC5H5 и тиомочевины (NH2)2CS в смеси ацетона с метанолом под пониженным давлением или просто на воздухе, выпадают кристаллы, устроенные необычным образом: тиомочевина образует как бы полые трубки, в которые удобно укладываются цилиндрики ферроценовых молекул. Но заместите в ферроцене один атом водорода на любую другую группу, и ферроценовый "бутерброд" не поместится в полости тиомочевинового кристалла. Вот вам и удобный способ отделения ферроцена от его
производных.
А какие интересные пространственные фигуры могут быть получены из атомов углерода! Например, сов* сем недавно был синтезирован замещенный тетраэдран он напоминает молекулу метана, но только вместо водородов вершины тетраэдра в нем занимают атомы углерода, и эти атомы связаны между собой, а в середине многогранника пустота. Мы уже говорили, что при соединении атомов углерода с атомами бора получаются совершенно удивительные многогранники. Весьма любопытно, что вводя в такую молекулу еще и атом платины, получаем вогнутый, словно продавленный мячик, многогранник;
Говоря о таком интересном явлении, как ароматичность, мы ограничились упоминанием бензола и пиридина. А вместе с тем ароматических систем известно очень много, химики ввели такие понятия как антиароматичность, гомоароматичность...
Почти ничего не сказали мы о такой гигантской области химии (не только органической), как химия каталитических процессов. А ведь без катализаторов просто невозможно представить себе сегодняшний промышленный синтез. Сравнительно давно начали применяться гетерогенные (т. е. твердые) катализаторы, В течение нескольких десятилетий бурно развивается так называемый гомогенный катализ (в таком процессе и реагенты и катализатор находятся в растворе). Как показал член-корреспондент АН СССР А. Е. Шилов с сотрудниками в Институте химической физики, соединения переходных металлов реагируют в растворе даже с такими инертными веществами, как насыщенные углеводороды. Наконец, удалось объединить достоинства гетерогенного и гомогенного катализа, получив нанесенные катализаторы, в которых поверхность твердого носителя модифицируют, "пришивая" к ней различные каталитически активные функциональные группы. Процессам с участием таких катализаторов прочат большое будущее.