Чудесная молекула: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Существуют даже многослойные сэндвичи, такие, как молекула трис-циклопентадиенилдиникеля, в которой три углеродных пятиугольника чередуются с двумя атомами металла.

1.5. Правые и левые молекулы

Две настольные лампы, несмотря на сходство, не одинаковы

Перед вами две настольные лампы. Они совершенно одинаковы на вид: у каждой три ножки, покрашенные в три одинаковых цвета. Попробуйте, однако, совместить их друг с другом — вам это не удастся. Если вы совместите черные ножки, то белая ляжет на синюю, а синяя на белую. Все дело в том, что эти лампы, как наши левая и правая руки, при всей их схожести различны. Вы могли бы сказать про одну "моя правая лампа", а про другую — "моя левая лампа".

Существует большое число пар левых и правых молекул, которые, как и эти лампы, невозможно совместить в пространстве. Так, молекулы аминокислот, необходимые для построения молекул белка, существуют в левой и правой формах. Для примера посмотрите на молекулы аланина. Но самое удивительное, что в организме человека и животных присутствуют только левые формы всех этих молекул! Причина такого выбора остается загадкой, так как очень мало явлений природы имеют определенное направление. Среди них, например, вращение Земли вокруг своей оси или направление некоторых ветров. И все же трудно себе представить, каким образом эта особенность могла при зарождении жизни повлиять на образование молекул аминокислот.

Для обеих молекул группы атомов, связанные с центральным атомом углерода, представлены схематично (метильная группа состоит из углерода и трех атомов водорода, в аминогруппе один атом азота связан с двумя атомами водорода, а в карбоксильной группе атом углерода связан с двумя атомами кислорода, один из которых, кроме того, связан с атомом водорода)

Как же в смеси молекул отличить левую молекулу от правой? Это не менее трудно, чем в темноте отыскать в ящике правую перчатку. В этом случае лучше всего примерять каждую перчатку на правую руку. Точно так же молекула с левым или правым характером может различить и разделить находящиеся в смеси молекулы, только вступив с ними в реакцию.

1.6. Молекулы-ловушки

Человек создает многие новые молекулы, заставляя реагировать между собой те, которые уже существуют в природе. Создание новых молекул требует инженерного таланта и сноровки, поскольку нужно проявить истинное химическое дарование, чтобы расположить атомы в молекуле по заранее обдуманной схеме и тем самым получить новые свойства.

'Обедненный' атом натрия захвачен молекулой криптата. Здесь обозначен лишь скелет молекулы криптата, состоящий в основном из атомов углерода и содержащий также шесть атомов кислорода поблизости от захваченного атома

Некоторые из получаемых при этом молекул имеют необыкновенные свойства. Например, молекулы криптатов были созданы для захвата атомов или маленьких молекул. Они состоят из трех скрепленных вместе полукружий, каждое из которых увенчано двумя атомами кислорода. Эти атомы кислорода имеют особое сродство к обедненным[1] атомам натрия. И когда такой атом натрия захватывается "челюстями" криптата, он уже не может вырваться.

Атомы на краях молекул криптатов сходны с атомами, из которых построены молекулы клеточных мембран, поэтому криптаты легко проникают через стенки клеток организма человека. Значит, молекулу криптата можно использовать для введения в клетку какого-нибудь атома или небольшой молекулы. Это дает в руки медицины мощный инструмент, с помощью которого можно будет вводить в кровь и ткани молекулы лекарств.

1.7. Запах молекул

Молекула бензола

Молекула бензола представляет собой правильный шестиугольник из атомов углерода, каждый из которых связан с двумя другими атомами углерода и с одним атомом водорода. Целое семейство молекул имеет в основе своей один или несколько таких шестиугольников: они носят название ароматических молекул. И действительно, кроме многих других интересных свойств, например большой устойчивости, эти вещества обладают сильным и очень разнообразным запахом — от запаха аниса до запаха нафталина или гудрона.

Молекула сероводорода имеет запах тухлых яиц

Многие молекулы имеют специфический запах. Но иногда бывает достаточно заменить один-единственный атом в молекуле, чтобы совершенно изменился ее запах. Молекула сероводорода, которая, как родная сестра, похожа на молекулу воды, испускает тем не менее отвратительный запах тухлых яиц!

К счастью, нет недостатка и в хороших запахах. Молекула амилацетата пахнет вкусной грушевой эссенцией — так пахнет лак для ногтей.

Скелет молекулы амилацетата (имеет запах грушевой эссенции). Главная цепь образована в основном атомами углерода, связанными с атомами водорода

[1] Обедненный или обогащенный атом во всех отношениях похож на обычный атом с одной только разницей: он несет электрический заряд, тогда как обычный атом его не имеет. Так же как на клеммах аккумулятора, этот заряд может быть положительным (это "обедненный" атом, у него отсутствует электрон — отрицательно заряженная частица) или отрицательным (наличие дополнительного электрона делает атом "обогащенным"). Противоположные по знаку заряды притягиваются друг к другу; именно это и происходит с атомами кислорода, несущими отрицательный заряд, и обедненными атомами натрия, которые несут положительный заряд.