Платоновы тела в химии

С тех пор как Фридрих Август Кекуле установил форму молекулы бензола, увидев во сне змей, кусающих себя за хвост, исследование топологии и геометрии органических молекул стало одной из наиболее увлекательных задач структурной химии. Молекула ДНК тысячекратно изгибается, прежде чем ее концы соединятся, образуя кольцо; известны ферменты, в присутствии которых молекула ДНК сворачивается в замысловатые топологические узлы. Однако лишь недавно исследователям удалось создать молекулярный аналог ленты Мёбиуса — полоски, у которой концы соединены после поворота одного из них на 180° относительно другого. Упорядоченное расположение атомов в кристалле, как правило, характеризуется высокой периодической симметрией, тем не менее синтез молекул в форме пяти правильных многогранников (тел Платона) сопряжен с серьезными трудностями.


Недавно проведен синтез молекулы — додекаэдра.


Молекула в форме ленты Мебиуса была синтезирована Д. Уолбой, Р, Халтиуонгером и Р. Ричардсом из Университета шт. Колорадо (г. Боулдер); в принципе они действовали тем же способом, каким это делается на бумажной модели с помощью ножниц и клея. На первом этапе атомы углерода и кислорода объединяют в две параллельные цепи, которые сращиваются за счет образования связей между атомами углерода одной цепи и ближайшими к ним атомами углерода другой цепи. При этом двойные связи разбивают всю молекулу, названную THYME-диолдитозилат (трис-тетраоксиметил-этилендиолдитозилат), на конденсированные циклы, что придает ей форму лестницы — сетка химических связей в такой лестнице задает поверхность, аналогичную поверхности длинной, узкой полоски бумаги. «Вершина» и «основание» этой лестницы обладают взаимным химическим сродством, поэтому они могут соединяться, образуя кольцо. Если перед соединением концов молекулы «лестница» перекручивается, то поверхность, определяемая системой химических связей, будет иметь те же топологические свойства, что и полоска бумаги, концы которой скручены на пол-оборота и склеены.


Одно из замечательных свойств ленты Мёбиуса заключается в том, что она имеет только один непрерывный край: проведите пальцем вдоль края бумажной модели — и вам придется пройти весь край, прежде чем вы вернетесь в исходную точку. Более того, если разрезать ленту вдоль по всей длине, то получится одна более узкая полоска, которая в два раза длиннее и которая перекручена на полный оборот вокруг своей оси. Уолба и его коллеги провели химическую имитацию такого разрезания. Под действием озона ступеньки молекулярной ленты Мебиуса — двойные связи углеродных колец — разрушаются; оказалось, что в результате образуется цикл, вдвое больше исходного. Следующим шагом, по мнению Уолбы, будет создание более длинных молекулярных лестниц, с тем чтобы перед соединением концов молекулы было возможно более сильное перекручивание. Игровой клуб russianlist.ru здесь и сейчас.