ORGANİK KİMYA. MOLEKÜLER YAPI
A. KARBONUN KİMYASAL BAĞLARI
Metaller ve tipik ametaller arasında bir ara madde olan karbonun kimyasal yapısı, çoğunlukla hidrojen, oksijen, nitrojen, halojenler, kükürt ve fosfor olmak üzere çok sayıda elementle kovalent bağlar oluşturmasına olanak tanır. Karbon, daha elektropozitif metallerle yüksek derecede iyonik bağlar oluşturur, ancak bu tür maddeler oldukça reaktiftir ve sentezde ara maddeler olarak kullanılır. Karbon-karbon bağları doğada kovalenttir ve basit (tekli), ikili, üçlü ve aromatik olabilir.
(bkz. MOLEKÜL YAPISI).
Aroma sistemleri. Aromatik bileşikler sınıfının kurucusu olan benzen, benzersiz bir stabiliteye sahiptir ve aromatik olmayan sistemlerden farklı kimyasal reaksiyonlara girer. En yaygın olanı, halkanın her atomunda p bağı oluşumu için mevcut p yörüngelerine sahip olan başka aromatik sistemler de vardır. İki konjuge (yani tek ile dönüşümlü) çift bağa ve yalnız bir çift elektron taşıyan beşinci bir atoma sahip beş üyeli halka sistemleri de özellikleri bakımından aromatiktir. Aşağıda bu sistemlerden bazıları yer almaktadır:

Aromatiklik kavramı Alman kimyager E. Hückel tarafından genelleştirildi. Hückel kuralına göre, p-elektron sayısı 4n + 2'ye eşit olan düzlemsel döngüsel konjuge sistemler aromatik ve kararlıdır ve p-elektron sayısı 4n olan aynı sistemler anti-aromatik ve kararsızdır.
Döngüsel sistemlerin kararlılığı. Gerilmemiş C-C-C fragmanındaki bağ açısı (bağlar arasındaki açı) 109°'dir ve bu değeri koruyan halkalar, açıların bu değerden büyük ölçüde saptığı halkalara göre daha stabildir. Döngüsel sistemlerde bağ açılarının bozulması sonucu ortaya çıkan gerilime Bayer gerilimi denir ve adını doymuş halkaların kararlılığı için böyle bir açıklamayı ilk kez öneren Alman kimyager A. Bayer'den alır.
Dolayısıyla bağ açısının yalnızca 60° olduğu üç üyeli halkalarda halkalar oldukça gergindir ve kolayca kırılır; reaksiyonlarından bazıları C=C çift bağının reaksiyonlarına benzer. Dört üyeli halkalar da gergindir (bağ açısı 90°), ancak o kadar fazla değildir. Beş üyeli halkalar neredeyse düzdür ve açıları 108°'dir; bu nedenle rahat ve istikrarlıdırlar. Sikloheksan gibi altı üyeli halkalarda karbon atomları aynı düzlemde yer almaz; bu tür döngüler katlanır ve bu da halka stresini azaltır. Beş ve altı üyeli halkalar en yaygın olanlardır. Büyük halkalar ayrıca kıvrımlar oluşturarak açısal gerilimi azaltma yeteneğine sahiptir, ancak bazılarında (yediden on iki üyeye kadar) halkanın karşıt taraflarındaki hidrojen atomları o kadar yakınlaşır ki bunların itilmesi bağlantıyı daha az kararlı hale getirir (Prelog gerilimi, Adını bu etkiyi keşfeden İsviçreli kimyager V. Prelog'dan almıştır). Tatomerizm.

Bir molekül veya iyon, yalnızca elektronların dağılımı bakımından birbirinden farklı olan çeşitli yapılar şeklinde temsil edilebiliyorsa, bu yapılara rezonans adı verilir ve rezonans formları birbirleriyle dengede değil, sadece gerçek elektronik yapıdadır. molekül bu uç noktaların arasında bir şeydir. Bununla birlikte, normal koşullar altında bir molekülde atomların çok hızlı hareket ettiği ve farklı moleküler formlar arasında dengenin kendiliğinden kurulduğu durumlar da vardır. Bu olguya totomerizm denir. Bir örnek, bir keton ve bir enol arasındaki dengedir (keto-enol tautomerizmi):

Totomerizm, X'in S, O veya N olduğu -CH=X veya -C=XH yapısına sahip moleküllerde yaygındır. Dolayısıyla, H2C=C(NH2)-CH3 molekülü hızlı bir şekilde H3C-C(=NH) şeklinde yeniden düzenlenir. - CH3 ve R-C(OH)=NH imidler, R-C(=O)NH2 amidlere yeniden düzenlenir. Tautomerizm, barbitürik asit ve ilgili bileşikler gibi biyolojik açıdan önemli heterosiklik sistemlerde yaygındır:

Totomerik dengede olan bu tür maddeler sıklıkla her iki formun karakteristik reaksiyonlarına maruz kalır.
Diğer hızlı dengeler.İlgili yapılara sahip moleküller arasındaki diğer hızlı dengeler de bilinmektedir. Aynı karbon atomunda OH, SH veya NH2 gruplarından herhangi ikisi mevcutsa bileşik, çift bağlı formla karşılaştırıldığında genellikle kararsızdır:

Bu dengenin dihidroksi bileşiğine doğru kaydığı durumlar vardır. Formaldehit gazı CH2=O yapısına sahiptir, ancak sulu çözeltiye bir su molekülü ekleyerek baskın formu olan HO-CH2-OH haline gelir. Kloral hidrat Cl3CCH(OH)2, üç klor atomunun elektron çekici etkisinin bir sonucu olarak dihidroksil formunda stabildir.
B. İZMERİA
Karbon zincirinin izomerizmi. Yalnızca karbon zincirinin dallanması bakımından farklılık gösteren moleküllere zincir izomerleri denir. Bir örnek zaten verilmişti - bu, n-bütan ve izobütanın izomerik çiftidir.
Fonksiyonel grupların izomerizmi. Aynı brüt formüllere sahip ancak farklı fonksiyonel gruplara sahip moleküller, örneğin etil alkol C2H5OH ve dimetil eter CH3-O-CH3 gibi fonksiyonel izomerlerdir.
Konumsal izomerizm. Konumsal izomerler aynı brüt formüllere ve fonksiyonel gruplara sahiptir, ancak fonksiyonel grupların moleküllerindeki konumları farklıdır. Dolayısıyla 1-kloropropan CH3CH2CH2Cl ve 2-kloropropan CH3CHClCH3 konumsal izomerlerdir.
Geometrik izomerizm. Geometrik izomerler aynı sırayla bağlanan özdeş atomlardan oluşur, ancak bu atomların çift bağlara veya halkalara göre uzaysal düzenlemeleri farklıdır. Olefinlerin cis-trans izomerizmi ve oksimlerin sin-anti-izomerizmi bu türdendir.

Optik izomerizm. Moleküller, aynı şekilde bağlanan aynı atomlardan oluştuklarında optik izomerler olarak adlandırılır, ancak bu atomların uzaysal düzenlemeleri, sağ elin soldan farklı olması gibi farklılık gösterir. Böyle bir izomerizm yalnızca molekül asimetrik olduğunda mümkündür; bir simetri düzlemine sahip olmadığında. Bu durumu sağlamanın en basit yolu karbon atomuna dört farklı grup eklemektir. Molekül daha sonra asimetrik hale gelir ve iki izomerik formda bulunur. Moleküller yalnızca, dört farklı gruba bağlı olduğu için asimetrik karbon atomu veya kiral merkez olarak adlandırılan merkezi karbon atomuna bağlanma sırasına göre farklılık gösterir. İki optik izomerin birbirinin ayna görüntüsü olduğuna dikkat edin; bunlara "enantiyomerler" veya "optik antipodlar" adı verilir ve polarize ışık düzlemini zıt yönlerde döndürmeleri ve kendileri de optik izomer olan bileşiklerle farklı şekilde reaksiyona girmeleri dışında aynı fiziksel ve kimyasal özelliklere sahiptirler. Polarize ışık düzlemini saat yönünde döndüren izomer, d- ("dekstro"dan - sağdan) veya (+)-izomer olarak adlandırılır; Işığı saat yönünün tersine döndüren izomer, l- ("soldan" - soldan) veya (-)-izomeri olarak adlandırılır. Bir molekülde birden fazla asimetrik merkez mevcut olduğunda, mümkün olan maksimum optik izomer sayısı 2n'dir; burada n, asimetrik merkezlerin sayısıdır. Bazen bu izomerlerden bazıları aynıdır ve bu, optik izomerlerin sayısını azaltır. Dolayısıyla mezo-izomerler, bir simetri düzlemine sahip oldukları için optik olarak aktif olmayan optik izomerlerdir. Ayna görüntüsü olmayan optik izomerlere "diastereomerler" adı verilir; geometrik izomerlerin farklı olması gibi fiziksel ve kimyasal özellikler bakımından da farklılık gösterirler. Bu farklılıklar aşağıdaki yapıya sahip altı karbonlu düz zincirli şekerlerin örneğiyle açıklanabilir: CH2OH-*CHOH-*CHOH-*CHOH-*CHOH-CHO. Burada yıldız işaretiyle işaretlenmiş dört asimetrik atomun her biri dört farklı gruba bağlanmıştır; dolayısıyla 24 veya 16 izomer mümkündür. Bu 16 izomer, 8 enantiyomer çiftini oluşturur; enantiyomer olmayan herhangi bir çift bir diastereomerdir. Bu 16 şekerden altısı aşağıda sözde olarak sunulmuştur. Fischer projeksiyonları.

Enantiyomerler için D- ve L- tanımlamaları dönme yönüne (d veya l ile gösterilir) değil, OH'nin en düşük (Fischer projeksiyonunda) asimetrik karbondaki konumuna atıfta bulunur: OH sağda olduğunda, izomer, solda olduğunda D olarak gösterilir. Glikozun L- ve L-formları aynı erime noktalarına, çözünürlüğe vb. sahiptir. Öte yandan, diastereomerler olan glikoz ve galaktoz, farklı erime noktalarına, çözünürlüklere vb. sahiptir.

Collier'in Ansiklopedisi. - Açık Toplum. 2000 .

Diğer sözlüklerde "ORGANİK KİMYA. MOLEKÜLER YAPI" nın ne olduğuna bakın:

Collier Ansiklopedisi

Öncelikle canlı maddenin çoğunu oluşturan maddeleri (proteinler, yağlar, karbonhidratlar, nükleik asitler, vitaminler, terpenler, alkaloidler vb.) içeren karbon bileşiklerini inceleyen bir kimya dalı; ikincisi, birçok madde... Collier Ansiklopedisi

Bu terimin başka anlamları da vardır, bkz. Kimya (anlamlar). Kimya (Arapça کيمياء‎'dan, muhtemelen Mısır'daki km.t (siyah) kelimesinden türetilmiştir; bu kelimeden aynı zamanda Mısır, kara toprak ve kurşun "siyah..." adı da gelmiştir. ... Vikipedi

Supramoleküler (supramoleküler) kimya (Supramoleküler kimya, Süpermoleküler kimya) - moleküller arası (kovalent olmayan) etkileşimler yoluyla tek bir bütün halinde bağlanan moleküllerden daha karmaşık kimyasal sistemlerin kimyasal, fiziksel ve biyolojik yönlerini içeren disiplinlerarası bir bilim alanı. Supramoleküler kimyanın nesneleri - moleküller üstü düzenekler tamamlayıcıdan kendiliğinden inşa edilmiş, yani canlı bir hücredeki karmaşık mekansal yapıların kendiliğinden bir araya gelmesine benzer şekilde geometrik ve kimyasal yazışma parçalarına sahip. Modern kimyanın temel sorunlarından biri, bu tür sistemlerin hedefe yönelik tasarımı, moleküler "yapı bloklarından" belirli bir yapıya ve özelliklere sahip yüksek derecede düzenli moleküller arası bileşiklerin yaratılmasıdır. Supramoleküler oluşumlar, bileşenlerinin mekansal düzenlemesi, mimarisi, "üstyapısı" ve ayrıca bileşenleri bir arada tutan moleküller arası etkileşim türleri ile karakterize edilir. Genel olarak moleküller arası etkileşimler kovalent bağlardan daha zayıftır, bu nedenle supramoleküler bileşenler termodinamik olarak daha az kararlı, kinetik olarak daha kararsız ve dinamik olarak moleküllerden daha esnektir.

Supramoleküler kimya terminolojisine göre, supramoleküler bileşenlerin bileşenleri genellikle denir. reseptör(ρ) ve alt tabaka(σ), burada alt tabaka temas eden daha küçük bileşendir. Şartlar dahil etme bağlantısı, klatrat Ve misafir-ana bilgisayar bağlantısı (karmaşık) Katı halde bulunan ve katı moleküller arası düzeneklere ait olan bileşikleri karakterize eder.

Spesifik bir substrat σ ve onun reseptörü ρ'nin seçici bağlanmasıyla süper moleküllerσρ işlemin bir sonucu olarak ortaya çıkar moleküler tanıma. Eğer reseptör, bağlanma bölgelerine ek olarak reaktif fonksiyonel gruplar içeriyorsa, kimyasal etkiyi etkileyebilir. dönüşümler ilişkili substratı üzerinde moleküller üstü bir katalizör görevi görür. Lipofilik, membranda çözünebilen reseptör şu şekilde hareket edebilir: taşıyıcı, yürütmek ulaşım, aktarma bağlı substrat Dolayısıyla moleküler tanıma, dönüştürme, aktarma, supramoleküler nesnelerin ana işlevleridir.

Supramoleküler kimya, sırasıyla ele alınan iki geniş, kısmen örtüşen alana ayrılabilir: 1) süper moleküller- iyi tanımlanmış, ayrık oligo birkaç bileşenin (reseptör ve substrat(lar)) moleküler tanıma ilkeleri temelinde çalışan bazı “programlara” uygun olarak moleküller arası birleşimi nedeniyle ortaya çıkan moleküler oluşumlar; 2) moleküller üstü düzenekler- belirsiz sayıda bileşenin belirli bir fazda kendiliğinden birleşmesinin bir sonucu olarak ortaya çıkan, mikroskobik düzeyde az çok belirli bir organizasyon ve fazın doğasına bağlı olarak makroskobik özellikler (film, katman) ile karakterize edilen polimoleküler bileşenler , membran, vezikül, mezomorfik faz, kristal vb.) d.).

Substrat(lar)ın reseptöre göre konumunu tanımlamak için özel bir formalizm kullanılır. Dış katkı kompleksleri, veya olarak belirlenebilir. σ'nun ρ'ye dahil edilme komplekslerini ve σ ile ρ'nin kısmi kesişimini belirtmek için, sırasıyla dahil edilme ⊂ ve kesişim ∩ - ve'nin matematiksel sembolleri kullanılır. Modern kimya literatüründe ∩ sembolünün yanı sıra @ alternatif sembolü de sıklıkla kullanılır.

Moleküler elektronik

1965 yılında, bilgisayar çağının şafağında, Fairchild Semiconductors araştırma direktörü Gordon Moore, bir çip üzerindeki transistör sayısının her yıl ikiye katlanacağını öngördü. Aradan 35 yıl geçti ve Moore Yasası hâlâ yürürlükte. Doğru, zamanla mikroelektronik üretim uygulaması bunda küçük bir değişiklik yaptı: bugün transistör sayısının her 18 ayda bir iki katına çıktığına inanılıyor. Büyümedeki bu yavaşlama, çip mimarisinin artan karmaşıklığından kaynaklanıyor. Yine de silikon teknolojisi için Moore'un öngörüsü sonsuza kadar geçerli olamaz.

Ancak Moore yasasında başka, temel bir sınırlama daha var. Mikro devre üzerindeki elemanların yoğunluğunda bir artış, boyutlarının küçültülmesiyle elde edilir. Zaten bugün, işlemci elemanları arasındaki mesafe 0,13x10-6 metre (sözde 0,13 mikron teknolojisi) olabilir. Transistörlerin boyutları ve aralarındaki mesafeler birkaç on nanometreye ulaştığında, boyut etkileri denilen, geleneksel silikon cihazların çalışmasını tamamen bozan fiziksel olaylar devreye girecektir. Ayrıca alan etkili transistörlerde dielektrik kalınlığı azaldıkça içinden elektron geçme olasılığı artar ve bu da cihazların normal çalışmasına engel olur.

Üretkenliği artırmanın bir başka yolu da silikon yerine galyum arsenit (GaAs) gibi diğer yarı iletkenleri kullanmaktır. Bu malzemedeki elektronların daha yüksek hareketliliği nedeniyle, cihazların performansı başka bir büyüklük sırasına göre artırılabilir. Ancak galyum arsenite dayalı teknolojiler silikon teknolojilerden çok daha karmaşıktır. Bu nedenle, son yirmi yılda GaAs araştırmalarına önemli miktarda kaynak yatırılmış olmasına rağmen, buna dayalı entegre devreler esas olarak askeri alanda kullanılmaktadır. Burada yüksek maliyetleri düşük güç tüketimi, yüksek performans ve radyasyon direnciyle telafi ediliyor. Ancak GaAs cihazları geliştirilirken bile hem temel fiziksel prensipler hem de üretim teknolojisi nedeniyle sınırlamalar geçerliliğini koruyor.

Bu nedenle bugün bilim ve teknolojinin çeşitli alanlarındaki uzmanlar mikroelektroniğin daha da geliştirilmesi için alternatif yollar arıyor. Moleküler elektronik sorunu çözmenin bir yolunu sunuyor.

MOLEKÜLER ELEKTRONİK - GELECEĞİN TEKNOLOJİSİ.

Moleküler materyallerin ve bireysel moleküllerin elektroniğin aktif elemanları olarak kullanılma olasılığı, uzun süredir bilimin çeşitli alanlarındaki araştırmacıların dikkatini çekmektedir. Bununla birlikte, ancak son zamanlarda, yarı iletken teknolojisinin potansiyel yeteneklerinin sınırları pratik olarak somut hale geldiğinde, elektroniğin temel unsurlarını oluşturmanın moleküler ideolojisine olan ilgi, bugün en önemli ve en önemli araştırmalardan biri haline gelen aktif ve hedefli araştırmaların ana akımına girdi. Elektroniğin gelecek vaat eden bilimsel ve teknik alanları.

Elektroniğin geliştirilmesine yönelik diğer umutlar, elektron birimlerinin zaten sayıldığı kuantum fenomenini kullanan cihazların yaratılmasıyla ilişkilidir. Son zamanlarda yapay olarak oluşturulan düşük boyutlu yapıların teorik ve deneysel çalışmaları yaygın olarak yürütülmekte; kuantum katmanları, teller ve noktalar. Bu sistemlerde gözlemlenen belirli kuantum olgularının, temelde yeni türde elektronik cihazların yaratılmasının temelini oluşturması beklenmektedir.

Kuantum seviyesine geçiş elektroniğin gelişiminde şüphesiz yeni ve önemli bir aşamadır, çünkü pratik olarak tek elektronlarla çalışmaya geçmenize ve bir elektronun bir bitlik bilgiye karşılık gelebileceği bellek elemanları oluşturmanıza olanak tanır. Ancak yapay kuantum yapılarının yaratılması, göz korkutucu bir teknolojik zorluğu temsil ediyor. Son zamanlarda, bu tür yapıların uygulanmasının, tek elemanlar oluştururken bile büyük teknolojik zorluklarla ilişkili olduğu ve multimilyon elemanlı çipler oluştururken aşılmaz zorlukların ortaya çıktığı ortaya çıktı. Birçok araştırmacıya göre bu durumdan çıkış yolu yeni bir teknolojiye, moleküler elektroniğe geçiştir.

Bireysel moleküllerin mikroelektroniğin aktif elemanları olarak kullanılmasının temel olasılığı, 1957'de Feynman tarafından ifade edildi. Daha sonra bilgi kayıt yoğunluğu 1 bit/atomu geçmediği sürece kuantum mekanik yasalarının atom boyutunda elektronik cihazların yaratılmasına engel olmadığını gösterdi. Bununla birlikte, yalnızca Carter ve Aviram'ın çalışmalarının ortaya çıkmasıyla birlikte, fizik, kimya, mikroelektronik ve bilgisayar bilimi de dahil olmak üzere yeni bir disiplinlerarası alan olarak ve mikroelektroniği yeni bir temel temele - moleküler elektronik - aktarma hedefiyle moleküler elektronik hakkında konuşmaya başladılar. cihazlar.

Bu kesinlikle, çeşitli sarkaç türlerini kullanan mekanik kronometrelerden katı hal rezonanslarına dayalı kuvars saatlere ve son olarak günümüzün en doğru saatleri molekül içi etkileri kullanan hassas zaman cihazlarının gelişim tarihi ile bir analojiyi akla getiriyor. amonyak moleküllerinde vb. Elektronik de benzer şekilde gelişiyor, mekanik elektromanyetik rölelerden ve vakum tüplerinden katı hal transistörlerine ve mikro devrelere doğru ilerliyor ve bugün moleküler teknoloji alanının ötesindeki eşiğe yaklaştı.

Ana odağın moleküler sistemler üzerinde olması tesadüf değildir. Birincisi, bir molekül, elektronların hareketi kuantum kimyası yasalarıyla belirlenen ve minyatürleştirmenin doğal sınırı olan, bireysel atomlardan oluşan ideal bir kuantum yapısıdır. Moleküler teknolojinin daha az önemli olmayan bir başka özelliği de, bu tür kuantum yapıların yaratılmasının, yaratılmalarının kendi kendine toplanma ilkesine dayanması gerçeğiyle büyük ölçüde kolaylaştırılmış olmasıdır. Atomların ve moleküllerin belirli koşullar altında önceden belirlenmiş moleküler oluşumlar halinde kendiliğinden bir araya gelme yeteneği, mikroskobik kuantum yapılarını organize etmenin bir yoludur; Moleküllerle çalışmak, onların yaratılma yolunu önceden belirler. İlgili cihazların kendi kendine bir araya gelmesinin ilk eylemi olan moleküler bir sistemin sentezidir. Bu, bir araya getirilen toplulukların kimliğini ve buna bağlı olarak elemanların boyutlarının kimliğini ve dolayısıyla kuantum süreçlerinin güvenilirliğini ve verimliliğini ve moleküler cihazların işleyişini sağlar.

Mikroelektronikte moleküler yaklaşımın gelişiminin en başından beri, moleküler elektronik cihazların işleyişinin fiziksel prensipleri sorusu açık kaldı. Bu nedenle, asıl dikkat tek moleküllere veya moleküler düzeneklere ödenerek, asıl çabalar araştırma üzerinde yoğunlaştı. Bu yöndeki çok sayıda çalışmaya rağmen moleküler cihazların pratik uygulaması henüz tamamlanmamıştır. Bunun nedenlerinden biri, özellikle moleküler elektroniğin ilk günlerinde, bireysel moleküllerin çalışmasına, tetikleme özelliklerini taklit eden iki kararlı moleküllerin aranmasına ve yaratılmasına güçlü bir vurgu yapılmasıdır. Elbette bu yaklaşım minyatürleştirme açısından çok çekici, ancak yakın gelecekte moleküler elektronik cihazların oluşturulabilmesine çok az şans bırakıyor.

Mikroelektronikte yeni bir yaklaşımın geliştirilmesi, bir dizi sorunun üç ana yönde çözülmesini gerektirir: elektronik cihazların işleyişine ilişkin fiziksel ilkelerin geliştirilmesi; bilgiyi depolayabilen, iletebilen ve dönüştürebilen yeni moleküllerin sentezi; Molekülleri supramoleküler bir topluluk veya moleküler elektronik cihaz halinde organize etmeye yönelik yöntemlerin geliştirilmesi.

Şu anda, moleküler elektroniğin ve fiziksel çalışma prensiplerinin geliştirilmesine yönelik kavramlar için yoğun bir araştırma yapılmakta ve temel elemanların oluşturulmasına yönelik temeller geliştirilmektedir. Moleküler elektronik, katı hal fiziği, moleküler fizik, organik ve inorganik kimyayı birleştiren ve elektronik cihazları yeni bir element temeline aktarmayı amaçlayan yeni bir disiplinlerarası bilim alanı haline geliyor. Bu sorunları çözmek ve çeşitli bilgi alanlarında çalışan araştırmacıların çabalarını yoğunlaştırmak amacıyla tüm sanayileşmiş ülkelerde Moleküler Elektronik Merkezleri, ortak laboratuvarlar oluşturulmakta, uluslararası konferans ve seminerler düzenlenmektedir.

Şimdi ve görünüşe göre yakın gelecekte, tek moleküllerin işleyişi temelinde çalışan moleküler elektronik cihazların yaratılmasından bahsetmek zor, ancak aslında molekül içi etkilerin makroskopik olduğu moleküler sistemlerin kullanımından bahsedebiliriz. tezahürü. Bu tür malzemelere “akıllı malzemeler” denilebilir. “Akıllı malzemeler” yaratma aşaması, yani. Elektroniğin gelişmesinde doğal ve gerekli bir dönem olan fonksiyonel moleküler elektronik aşaması, yarı iletken teknolojisinden moleküler teknolojiye geçişte belli bir aşamadır. Ancak bu sürenin şu anda düşündüğümüzden daha uzun olması da mümkün. Özellikle moleküler elektroniğin gelişiminin ilk aşamalarında, bireysel moleküler topluluklar düzeyinde meydana gelen yapısal yeniden organizasyonlarla belirlenecek moleküler sistemlerin makroskopik özelliklerini kullanmak daha gerçekçi görünmektedir. Bu tür elektronik cihazların fiziksel çalışma prensibi, en azından büyük moleküler oluşumların boyutuna kadar boyutsal kısıtlamaları ortadan kaldırmalıdır. Elektronik açısından ve moleküler cihazların yarı iletken muadilleriyle kenetlenmesinin potansiyel olasılığı açısından, elektronik iletkenliklerini dış etkiler altında, özellikle de bir elektrik alanının etkisi altında değiştiren moleküler sistemlerle ilgilenmek tercih edilebilir.

Moleküler elektronik fikirleri, bir yarı iletken transistörün moleküler bir transistörle değiştirilmesinden ibaret değildir, ancak bu özel sorun da çözülecektir. Ana amaç hala karmaşık bir görevi yerine getiren birkaç farklı etkiyi aynı anda uygulayan karmaşık moleküler sistemler yaratmaktır. Bu tür görevler arasında, herhangi bir bilgi ve bilgi işlem cihazının en önemli parçası olan evrensel bir bellek öğesi oluşturma görevinin öncelikle yer alması doğaldır. Nöronlardan ve bunları birbirine bağlayan elektroaktif sinapslardan oluşan sinir ağları oluşturulurken moleküler elektroniğin potansiyelinin daha büyük ölçüde ortaya çıkacağı çok açık görünüyor. Moleküler elektronik kullanılarak tek bir ağda yer alan yapay nöronların ve çeşitli sensör türlerinin oluşturulması, nörobilgisayar ideolojisinin doğasında var olan tüm potansiyel olasılıkların gerçekleştirilmesine yol açacak, temelde yeni bir tür bilgi ve bilgi işlem sisteminin yaratılmasına olanak tanıyacak ve Yapay zeka yaratma sorununu çözmeye yaklaşın.

Bakteriorhodopsin: yapısı ve fonksiyonları.

Moleküler elektronik, bilginin moleküler ve makromoleküler düzeyde kodlanması (kaydedilmesi), işlenmesi ve tanınması (okunması) olarak tanımlanır. Moleküler yaklaşımın ana avantajı, cihazların aşağıdan yukarıya doğru moleküler tasarımı ve üretimi olasılığıdır; atom atom veya parça parça - cihazların parametreleri organik sentez ve genetik mühendisliği yöntemleriyle belirlenir. Moleküler elektroniğin genel olarak kabul edilen iki avantajı, cihaz boyutunda önemli bir azalma ve mantık elemanlarının kapı yayılım gecikmeleridir.

Moleküler elektroniğin bir dalı olan biyoelektronik, biyopolimerlerin ışık veya elektriksel darbelerle kontrol edilen bilgisayar ve optik sistem modülleri olarak kullanılma olasılığını araştırıyor. Geniş bir biyopolimer ailesi içindeki olası adaylar için temel gereklilik, bazı fiziksel uyaranlara yanıt olarak yapılarını tersine çevrilebilir şekilde değiştirmeleri ve kolayca ölçülebilen fiziksel özellikler (örneğin, spektral parametreler) açısından farklılık gösteren en az iki ayrı durum üretmeleri gerektiğidir.

Bu bağlamda, ana işlevi çeşitli fotosentetik sistemlerde ışık enerjisinin kimyasal enerjiye dönüştürülmesiyle ilişkili olan proteinler büyük ilgi görmektedir. Bunların arasında en muhtemel aday, halofilik bir mikroorganizmadan gelen ışığa bağımlı proton pompası - bakteriyorodopsindir (BR). Halobacterium salinarum(önceden Halobakteri halobyum), 1971'de açıldı.

Retinal içeren proton taşıma jeneratörü olan Bacteriorhodopsin, 26 kDa molekül ağırlığına sahip, 248 amino asitten oluşan, yedi şeklinde membrana nüfuz eden bir transmembran proteinidir. A-spiraller; N- ve polipeptit zincirinin C-terminalleri, sitoplazmik membranın karşıt taraflarında bulunur: N-terminali dışarıya bakar ve C-uç - hücrenin içinde (Şekil 1, 2).

Şekil 1.İkincil yapının elemanlarında BR modeli. Amino asitler izole edilir
Proton taşınmasında rol oynar: daireler halinde aspartik asit kalıntıları,
karesi arginin kalıntısıdır. Lys-216 (K-216), bir Schiff bazı (SB) oluşturur.
Ok proton taşınmasının yönünü gösterir.

Kromofor BR - retinaldeki protonlanmış aldimin A artığın -amino grubu Lys-216 molekülün hidrofobik kısmında bulunur. Fotodöngü sırasında bir ışık kuantumunun emilmesinden sonra, retinal izomerizasyon meydana gelir. Tümü-E V 13Z- biçim. Kromoforun protein mikro ortamı, substrat spesifikliğine sahip bir reseptör olarak düşünülebilir. Tümü-E/13Z-retinal, bu izomerizasyonu oda sıcaklığında katalize eder. Ayrıca bazı amino asitler izomerizasyonların baskılanmasından sorumludur. Tümü-E/13Zörneğin Tümü-E- ila 7Z-, 9Z-, 11Z-retinal. Polipeptit zincirinin geri kalanı bir proton taşıma kanalı sağlar veya fotokromik iç grubu çevresel etkilerden korur.

BR polipeptit zincirinin oluşturduğu ikincil yapı elemanlarının ortak topografyası, kromofor molekülünün bir ışık kuantumunu absorbe etmesinden sonra değişir, bu da sitoplazmadan dış ortama transmembran proton transferi için bir kanalın oluşmasıyla sonuçlanır. Ancak ışığa bağımlı taşınmanın moleküler mekanizması hala bilinmemektedir.

Şekil 2.BR Seven'ın üç boyutlu (mekansal) yapısının şematik modeliA-helisler bir kromofor boşluğu ve bir transmembran proton transfer kanalı oluşturur.

BR hücre zarında bulunur H.salinarum- tuzlu bataklıklarda ve göllerde yaşayan ve üreyen, NaCl konsantrasyonunun deniz suyundan 6 kat daha yüksek olan 4 M'yi aşabildiği halofilik bir arkebakteri ( ~ 0,6 M). Bu eşsiz protein, fizyolojik işlevleri farklı olmasına rağmen, görsel protein rodopsine birçok açıdan benzer. Görsel rodopsin, omurgalıların çoğunda karanlık görmeye aracılık eden birincil fotoreseptör görevi görürken, BR'nin fizyolojik rolü, ortamdaki kısmi oksijen basıncı düşük olduğunda halobakterilerin fakültatif anaeroblar gibi davranmasını sağlamaktır. Protein, ışığa bağımlı bir proton pompası olarak işlev görür; bu, hücre zarının yüzeyinde protonların elektrokimyasal bir gradyanının oluşumunu sağlar ve bu da enerji biriktirmeye yarar. Gradyanın yaptığı birincil iş, anaerobik (fotosentetik) fosforilasyon yoluyla ATP'nin sentezidir ve bu durumda, Mitchell'in oksidatif fosforilasyona ilişkin kemiozmotik hipotezinin klasik bir örneğini temsil eder. Işık olmadığında ve kısmi oksijen basıncı yüksek olduğunda bakteriler aerobik oksidatif fosforilasyona geri döner.
Hücreler H.salinarum ayrıca iki sözde duyusal rodopsin içerir ( SR I ve SR II), pozitif ve negatif fototaksi sağlar. Farklı dalga boyları okunur SR I ve SR II Bakterinin flagellar motorunu kontrol eden bir dizi sinyale neden olan dedektör molekülleri olarak. Bu temel ışık algılama sürecini kullanarak, mikroorganizmalar bağımsız olarak uygun bir spektral bileşimin ışığına doğru hareket ederler. Ayrıca hücreler ışığa bağımlı bir iyon pompası olan halorhodopsin (GH) içerir. Cl–. Ana işlevi, BR'nin yarattığı elektrik alanının etkisi altında içeriden dışarıya doğru hareket ederek bakteri tarafından sürekli olarak kaybedilen klor iyonlarının hücreye taşınmasıdır. GH'nin etki mekanizması belirsizdir. Öyle varsayılıyor Cl Protonlanmış Schiff bazının pozitif yüklü dördüncül nitrojenine bağlanır ve retinalin izomerizasyonu sağlanır. Tümü- E içeri 13Z-form, bu nitrojenin kendisine bağlı bir iyonla hareket etmesinden kaynaklanır Cl– girişten çıkışa Cl– – iletken yol.

Şekil 3.Mor membranın kesiti (üstten görünüm).

BR hücre zarı bölgelerinde lokalizedir H.salinarum altıgen kafesli iki boyutlu kristaller oluşturan mor zarlar (PM) formunda. Bu bölgeler proteinin kendisini, bazı lipitleri, karotenoidleri ve suyu içerir (Şekil 3). Genellikle oval veya yuvarlak şekillidirler ve ortalama çapı yaklaşık 0,5 mikron ve yaklaşık içerir 25 % lipitler ve 75 % sincap. PM güneş ışığına, oksijene ve sıcaklıklara karşı daha dayanıklıdır. 80°C(suda) ve kadar 140°C(kuru), pH itibaren 0 ile 12 , yüksek iyon gücü (3 M NaCl), çoğu proteazın etkisi, polar organik çözücülerin su ile karışımlarına duyarlıdır, ancak heksan gibi polar olmayan çözücülere karşı dirençlidir. Pratik açıdan büyük önem taşıyan şey, fotokimyasal özellikleri kaybetmeden PM'yi polimer matrislere yerleştirme olanağının mevcut olmasıdır.

Işık kaynaklı proton taşınmasına BR'de bir dizi döngüsel spektral değişiklik eşlik eder ve bunların tamamına fotodöngü adı verilir (Şekil 4). Otuz yıllık araştırmalar fotodöngünün oldukça ayrıntılı bir şekilde anlaşılmasına yol açtı, ancak proton taşınmasının ayrıntıları hala araştırılıyor.

BR'nin fotokimyasal döngüsü, hem absorpsiyon maksimumları hem de oluşum ve bozunma kinetiği ile tanımlanabilen ayrı ara maddelerden oluşur. Şekil 4 BR fotosiklusunun basitleştirilmiş bir modelini göstermektedir.

Şekil 4.Fotosiklet BR.

Fotokimyasal ve termal aşamalar sırasıyla kalın ve ince oklarla gösterilmiştir. Dikey semboller şunu gösterir: Tümü-Retinalin E-konformasyonu (ara ürünler) B Ve HAKKINDA), eğimli semboller 13Z konformasyonunu gösterir. Karanlıkta BR 1:1 karışıma dönüşür D Ve B Bu karışıma karanlığa uyarlanmış BR adı verilir. BR aydınlatıldığında ışık adaptasyonu gerçekleşir; temel duruma geçiş B. Buradan fotodöngü başlar ve bu da zar boyunca proton taşınmasına yol açar. Geçiş sırasında Lİle M Yaklaşık 40 μs süren Schiff bazı protondan arındırılır ve Asp85 protonlanır. Buradan proton, proton kanalının hücre dışı kısmının dışına gider. Geçiş sırasında Mİle N aldimin yeniden protonlanır. Asp96 kalıntısı proton donörü olarak görev yapar. Asp96, sitoplazmik proton yarı kanalı yoluyla yeniden protonlanır. Ara maddeler arasındaki tüm dönüşümler tersine çevrilebilir olmasına rağmen, geçiş Mİİle MII fotodöngüde geri dönüşü olmayan büyük bir adım olduğuna inanılıyor. Bu geçiş sırasında, Schiff bazının nitrojeni, proton kanalının hücre dışı kısmı için kullanılamaz hale gelir, ancak yalnızca protein molekülündeki konformasyonel değişikliklerle ilişkili olan sitoplazmik hemikanal için kullanılabilir hale gelir.

Ara maddelerin fizikokimyasal özellikleri, absorpsiyon maksimumlarının dalga boyu ve spesifik molar yok olma katsayısının değeri ile karakterize edilir. SB'nin protonasyonu ve retiniliden kalıntısının konfigürasyonu, absorpsiyon maksimum değerlerini etkiler. BR fotodöngüsü sırasında proteinde sıcaklığa bağlı çeşitli konformasyonel değişiklikler meydana gelir, bu nedenle çoğu ara ürünün oluşumu soğutma ile bastırılabilir.

Ana fotosiklusa ek olarak yapay olarak indüklenebilecek iki durum daha vardır. Ara ürünlerde P Ve Q retinal konformasyon 9Z. Bu, fotokimyasal uyarımdan sonra elde edilir. Tümü-E-Asp85 aynı anda protonlandığında retinal. Bu, vahşi tip BR'de düşük bir değerde elde edilebilir pH veya deiyonizasyon (mavi membranların oluşumu), ancak bu tür ilaçlar kararsızdır. Alternatif bir yaklaşım değiştirmektir Asp85 farklı anlamı olan bir amino asit pKa faiz değerlerinde ücretlendirilmeden kalan pH veya bölgeye yönelik mutajenez yoluyla karboksil grubunun tamamen çıkarılması. Bu tür mutant mavi membranların stabilitesi daha yüksektir.

Bakteriorhodopsin'in benzersiz özellikleri, kullanılabileceği geniş bir teknik uygulama yelpazesi sağlar, ancak modern teknik sistemlere entegrasyonu çok basit olduğundan, günümüzde yalnızca optik olanlar ticari olarak uygulanabilir.

Optik uygulamalar BR filmlerin (içlerinde protein molekülleri bulunan çeşitli bileşimlerin polimer matrisleri) kullanımına dayanmaktadır. Dünyada ilk kez yabani tip BR'ye dayalı bu tür filmler Rodopsin projesi çerçevesinde ülkemizde elde edilerek çalışılmış; 1980'lerde "Biyokrom" adı verilen bu tür malzemelerin fotokromik malzeme ve holografik kayıt ortamı olarak kullanılmasının etkinliği ve vaat ettiği ortaya çıktı.

BR filmlerin fotokimyasal özelliklerinin değişme olasılığı çok ilginçtir:
a) doğal kromoforun değiştirilmiş bir kromoforla değiştirilmesi;
b) kimyasal (fiziko-kimyasal) etkiler;
c) genetik mühendisliği yöntemleri kullanılarak belirli amino asit kalıntılarının nokta değiştirmeleri.

Bu tür değiştirilmiş malzemeler, bir biyobilgisayarın temel temeli olarak kullanımlarını önceden belirleyecek değerli spesifik özelliklere sahip olabilir.

Düşünme molekülü

Son yıllarda birçok ülkedeki bilim insanları, hesaplamaların bireysel moleküller tarafından gerçekleştirildiği eski ve basit "kimyasal" bilgisayar fikrine geri döndüler. Geçtiğimiz yıl, çeşitli laboratuvarlardan araştırmacılar bu alanda durumu kökten değiştirmeyi vaat eden parlak sonuçlar elde etmeyi başardılar.

Bilim adamları psödorotoksan molekülleri ile çalışırken büyük başarı elde ettiler (bunlar Şekil 1'de gösterilmektedir).

Böyle halka şeklindeki bir molekülü bir eksene, yani doğrusal bir moleküle bağlamayı başardılar. Halkanın eksenden fırlamasını önlemek için, uçlarına "fındık" rolü oynayan büyük moleküler parçalar eklenir (bu kapasitede çeşitli donör grupları kullanılmıştır). Bir asit (H+) veya baz (B) ile reaksiyona girdiğinde halka, eksenin bir ucundan diğer ucuna kayarak kimyasal durumu "değiştirebilir". Prensip olarak, 17. yüzyılın ilk, en ilkel bilgi işlem cihazlarındaki çubukların ve tekerleklerin bağlantısına çok benzeyen mekanik bir cihazın moleküler düzeyde yeniden yaratılması komiktir (ancak dilerseniz bu moleküler yapıda) Ayrıca her dalda bir eklem bulunan en basit ofis abaküsünü de görebilirsiniz).

Bu zarif kimyasal anahtar molekülü 90'lı yılların başında incelendi, ancak bu fikri pratikte uygulamak için, bu minimikrodiyot dizilerini birleştirmeye ve kontrol etmeye yönelik yöntemler bulmak hâlâ gerekliydi. Metal yüzeyinde bu türden aynı yönelimli moleküllerden oluşan bir tek katman oluşturan (bu çok zor sorun, en son nanoteknolojik kendi kendine montaj yöntemleri kullanılarak çözüldü), bilim adamları bunun üzerine ince bir altın katmanı yerleştirdiler ve halihazırda mantık kapılarının ilkel prototiplerini oluşturdular. bu temelde.

Birkaç ay sonra, Mark Reed ve James Tour'dan (Yale ve Rice Üniversitelerinden) oluşan ortak ekip, başka bir anahtar molekül sınıfını halka gösterdi. Sonuçlar o kadar etkileyiciydi ki, Scientific American dergisinin (Haziran 2000) kapağında “Moleküler Elektroniğin Doğuşu” duyurusuna bile yer verildi (son olarak şunu eklemek istiyorum!). Yazarlardan birinin ölçülü bir gururla yazdığı gibi: "Elektronları bizim emrimizde biriktirebilen, yani bir depolama cihazı olarak çalışabilen, değişken elektrik iletkenliğine sahip bir molekül yarattık."

Her şeyden önce James Tour, özel bir teknik kullanarak, benzen-1,4-ditiolat birimlerinden oluşan bir moleküler zincir sentezledi. 14 nanometre Molekülün "gerilim altında" olması durumunda elektronları yakalayan gruplar eklendi. Yine üstesinden gelinen en zor sorun, geçişin tersine çevrilebilir bir kimyasal süreç olması gerektiğiydi. Bir molekülün depolama elemanı olarak çalışabilmesi için, ona yalnızca elektronları yakalamanın değil, onları yalnızca belirli bir süre boyunca tutmanın da öğretilmesi gerekir. Aslına bakılırsa Reed, Tour ve meslektaşlarının temel başarısı da tam olarak bu.
Şekil 2'de bir elektrokimyasal (terimin en katı ve gerçek anlamında!) anahtarı gösterilmektedir. 2 (sol taraf). Grupların karşıt taraflarda merkezdeki halkaya bağlı olduğu üç benzen halkasından oluşan bir zincirdir. NO2, Ve NH2, (şekilde renkli olarak vurgulanmıştır). Böyle bir asimetrik moleküler konfigürasyon, karmaşık şekilli bir elektron bulutu yaratır ve eldeki sorunu çözmek için inanılmaz derecede güzel ve temelde önemli bir fiziksel etkiyle sonuçlanır - bir alan uygulandığında molekül bükülür, direnci değişir ve akım geçirmeye başlar. (şeklin sağ tarafı). Alan kaldırıldığında molekül ters yönde dönerek orijinal durumuna geri döner. Bu prensibe dayanan bir anahtar, iki metal kontak arasına yerleştirilmiş yaklaşık 1000 nitroaminobenzentiol molekülünden oluşan doğrusal bir zincirdir. Ayrıca, tünel mikroskobu kullanılarak yapılan ölçümler (bir moleküler zincirin bir parçası ultra ince iğne şeklindeki altın elektrotlar arasına lehimlenmiştir; deneyin geometrisi Şekil 3'te gösterilmektedir) anahtarın çalışma parametrelerinin elde edilmesini mümkün kılmıştır. haklı olarak moleküler akım-gerilim karakteristiği ve moleküler iletkenlik olarak adlandırılabilir (Şekil .4). İletkenlik eğrisi (bu arada, hesaplanana çok yakın olduğu ortaya çıktı) açıkça tanımlanmış bir "dip" e sahiptir. Bu, uygulanan voltajı değiştirerek molekülün bazı bölümlerinin iletken durumdan iletken olmayan duruma veya tam tersi duruma aktarılmasına olanak tanır. Resmi ve fiili olarak bir moleküler triyot elde edildi (elbette bir kimyager "sentezlenmiş" terimini tercih ederdi). Aslında bu, moleküler elektroniğin yaratılmasındaki ilk aşama olarak düşünülebilir.

Çözüm

Moleküler elektroniğin teorik temelleri oldukça iyi geliştirilmiş olmasına ve mantıksal devrelerin hemen hemen tüm elemanlarının prototipleri oluşturulmuş olmasına rağmen, moleküler bir bilgisayarın fiili olarak inşa edilmesi yolunda önemli zorluklar ortaya çıkmaktadır. Bireysel molekülleri elektronik cihazların mantıksal elemanları olarak kullanmanın görünürde bariz olasılığı, moleküler sistemlerin spesifik özellikleri ve mantıksal elemanların gereklilikleri nedeniyle çok sorunlu hale geliyor.

Her şeyden önce, bir kontrol eylemi uygulandığında mantık elemanının yüksek çalışma güvenilirliğine sahip olması gerekir. Elementler arasındaki optik bağlantıyı göz önünde bulundurursak, o zaman bir molekül - bir foton içeren bir sistemde, molekülün uyarılmış bir duruma geçme olasılığının nispeten düşük olması nedeniyle anahtarlama güvenilirliği düşük olacaktır. Çok sayıda kuantayı aynı anda kullanarak bu zorluğun üstesinden gelmeye çalışılabilir. Ancak bu, başka bir önemli gereksinimle çelişmektedir: Bireysel bir unsurun sinyal dönüştürme verimliliği birliğe yakın olmalıdır, yani ortalama reaksiyon gücü, ortalama darbe gücüyle orantılı olmalıdır. Aksi takdirde elemanlar bir zincir halinde birleştirildiğinde, zincirin başından uzaklaştıkça çalışma olasılıkları azalacaktır. Ek olarak, öğenin açıkça gerekli duruma geçmesi ve bir sonraki darbeye kadar yeterince uzun bir süre bu durumda kalması gerekir. Nispeten basit moleküller için, bu gereksinim genellikle karşılanmaz: uyarılmış duruma geçiş kontrol edilebilirse, o zaman ters geçiş kendiliğinden gerçekleşebilir.

Ancak her şey o kadar da kötü değil. Büyük organik moleküllerin veya bunların komplekslerinin kullanılması prensipte bu zorlukların aşılmasına olanak sağlar. Örneğin bazı proteinlerde elektron-optik dönüşüm verimliliği bire yakındır. Ayrıca büyük biyoorganik moleküller için uyarılmış durumun ömrü onlarca saniyeye ulaşır.

Ancak tek bir moleküler hesaplama elemanı, silikon öncüllerinin güvenilirliğine sahip olmasa bile, gelecekteki bir bilgisayarın verimli çalışması, süper bilgisayarlarda kullanılan moletronik ve paralel hesaplama ilkelerinin birleştirilmesiyle sağlanabilir. Bunu yapmak için birkaç özdeş moleküler mantık öğesinin paralel çalışmasını sağlamanız gerekir. O zaman bunlardan birinin yanlış çalışması hesaplamalarda gözle görülür bir başarısızlığa yol açmayacaktır. Devasa paralellik ilkesiyle çalışan ve yüzlerce işlemciye sahip modern bir süper bilgisayar, %75'i arızalansa bile yüksek performansı koruyabilir. Hemen hemen tüm canlı sistemler paralellik ilkesini kullanır. Bu nedenle organizmaların tek tek hücreler veya genler düzeyindeki kusurları, onların etkili bir şekilde çalışmasını engellemez.

Bugün dünyada moleküler elektronik cihazların geliştirilmesiyle ilgilenen bir düzineden fazla bilimsel ve teknolojik merkez bulunmaktadır. Yıllık konferanslar bu alanda yüzlerce uzmanı bir araya getiriyor.

Moletroniğe olan büyük ilgi, yalnızca bir bilgisayar oluşturma umutlarından değil, aynı zamanda yeni teknolojilerin geliştirilmesine yönelik geniş fırsatlardan da kaynaklanmaktadır. Moleküler elektronik cihazların ışığa karşı yüksek hassasiyeti nedeniyle, verimli güneş enerjisi dönüştürücüleri oluşturmak, fotosentez sürecini simüle etmek ve çalışma prensibi insanın çalışmasına benzeyecek yeni bir görüntü alıcı sınıfı geliştirmek için kullanılabilirler. göz. Moleküler cihazlar aynı zamanda yalnızca belirli bir molekül türüne yanıt veren seçici sensörler olarak da kullanılabilir. Bu tür sensörlere ekoloji, endüstri ve tıpta ihtiyaç duyulmaktadır. Organik moleküllerden yapılmış bir sensörün, durumunu izlemek için insan vücuduna yerleştirilmesi çok daha kolaydır.

Moleküler elektroniğin karşılaştığı sorunların çözümü, yüksek teknoloji alanının yanı sıra kolloid kimyası ve biyolojiden teorik fiziğe kadar akademik bilgi alanında çalışan geniş bir yelpazedeki bilim insanlarının çabalarını gerektirmektedir. Ayrıca önemli finansal yatırımlar da gerekiyor.

Bilimlerin kesişiminde yer alan bu karmaşık alanda çalışacak yüksek nitelikli yeni personelin yetiştirilmesi de gerekmektedir. Ancak görünüşe göre 10-15 yıl içinde bilim ve teknolojide önemli bir rol oynayacak.

Sayfa 1

C2H2, N2H2 ve H2O2 gibi moleküllerin kimyası, px - ve py - A kombinasyonunun oluşturduğu yörüngeler tarafından belirlenir. Doğrusal asetilende bu yörüngeler, dolu tsv - ve boş icg - yörüngelerine yol açar (bölüm. Molekül doğal olarak eksenel simetriye sahiptir.  

Karbon monoksit molekülünün kimyası, moleküler yörünge teorisi açısından eşdeğeri burada ele alınmayan bu formla kısmen iyi açıklanabilir. Bu yapıda, karbonun izole edilmiş bir elektron çifti ve bir doldurulmamış yörüngesi vardır, çünkü karbon çekirdeği olağan sekizli yerine yalnızca bir altılı elektronla çevrilidir. Bu düşüncelere dayanarak, karbon monoksitin aynı zamanda okteti dolduracak bir elektron kaynağı olabilen bazlar gibi nükleofilik gruplarla da etkileşime girebilmesi beklenebilir. Gerçekten de karbon monoksitin benzer reaksiyonları bilinmektedir; bunlardan bazıları aşağıda da tartışılacaktır.  

Moleküllerin kimyası modern organik kimya olmaya devam ediyor. Bununla birlikte, inorganik bileşikler için, bir maddenin moleküler varoluş biçimi yalnızca gaz ve buhar halinin karakteristiğidir.  

Moleküllerin kimyası modern organik kimya olmaya devam etmektedir ve inorganik maddelerin çoğu moleküler yapıya sahip değildir. İkinci durumda, makro cisimler ya aynı kimyasal elementin atomlarından ya da farklı elementlerin atomlarından oluşur. Katı bir maddenin moleküler olmayan varoluş biçiminin tanınması, kimyasal atomizmin bazı hükümlerinin gözden geçirilmesi, pnömatik (gaz) kimyası için geçerli olan temel yasa ve kavramların modernleştirilmesi ihtiyacına yol açmaktadır.  

Molekül kimyasında iki temel prensip vardır.  

Moleküler kimyada olduğu gibi nükleer kimyada da ekzotermik ve endotermik reaksiyonlar meydana gelebilir. Reaksiyonların termal etkisinin büyüklüğünün ve işaretinin belirlenmesi, kütle ve enerjinin eşdeğerliği yasası kullanılarak gerçekleştirilebilir.  

Grup teorisi burada moleküler kimyaya göre çok daha yaygın olarak kullanılmaktadır. Aynı zamanda, parçacıkların kütle spektrumu yasalarını temel ilkelerden, örneğin geometrodinamikten türetme yeteneği, Schrödinger denklemini kullanarak bir molekülün bağlanma enerjisini hesaplama yeteneğinden çok daha sorunludur.  

Organik kimyanın (moleküllerin kimyası) derinliklerinde gelişen fikirleri ve teorileri inorganik kimya alanına genişletme arzusunun, artık bizim için açık olduğu gibi, esas olarak inorganik bileşiklerin kural olarak inorganik bileşikler olması nedeniyle gayri meşru olduğu ortaya çıktı. Moleküler olmayan sistemler. Aynı sistemlerde kovalent değil iyonik bağlar baskındır. Karmaşık bileşiklerin ayırt edici özelliği atomlardan değil moleküllerden oluşan bileşikler olmalarıdır.  

İlk başta sadece kofaktörlerden bahsediyorduk, ancak bunlar genellikle kristal yapı birimlerinin analizi temelinde bulundu ve molekül kimyası ile kristal kimyası arasındaki ilişkiye dair materyal olmamasına rağmen moleküler kimyaya aktarıldı. Belirli sınıflara ait bileşikler için bu ilişkiler o kadar basittir ki parçacıklara önceden gerçek katsayıların türetilebileceği belirli değerlerin atanmasını mümkün kılar. Bu düzenliliğin (çok sayıda zorluk nedeniyle genel olarak kimyasal bileşikler için olduğu gibi kabul edilemeyen) yalnızca jeokimyasal bir nedenden dolayı bu kadar çabuk fark edildiği göz ardı edilmemelidir. Oksijen, dış litosferin en önemli elementidir ve oksijen atomlarının sayıları ile oksijen bileşiklerindeki diğer elementler arasındaki ilişkiler temelinde, elektriksel olarak nötr bileşiklerde herhangi bir stokiyometrik ilişkinin imkansız olduğu kuralı türetilmiştir.  

İlk başta, moleküllerin kimyası ile kristal kimyası arasındaki ilişkiye dair materyal olmamasına rağmen, genellikle kristal yapı birimlerinin analizi temelinde bulunan ve moleküler kimyaya aktarılan katsayılardan bahsediyorduk. Şu anda, elektriksel olarak nötr atomik ilişkilerde, normal koşullar altında bilinen atom türlerinin diğerlerine göre basit stokiyometrik oranlarda bulunduğunu varsayabiliriz. Belirli sınıflara ait bileşikler için bu ilişkiler o kadar basittir ki parçacıklara önceden gerçek katsayıların türetilebileceği belirli değerlerin atanmasını mümkün kılar. Bu düzenliliğin (çok sayıda zorluk nedeniyle genel olarak kimyasal bileşikler için olduğu gibi kabul edilemeyen) yalnızca jeokimyasal bir nedenden dolayı bu kadar çabuk fark edildiği göz ardı edilmemelidir. Oksijen, dış litosferin en önemli elementidir ve oksijen atomlarının sayıları ile oksijen bileşiklerindeki diğer elementler arasındaki ilişkiler temelinde, elektriksel olarak nötr bileşiklerde herhangi bir stokiyometrik ilişkinin imkansız olduğu kuralı türetilmiştir.  

Literatürde Jahn-Teller etkisi genel adı altında birleştirilen çok atomlu sistemlerde elektronik-vibronik (veya kısaca vibronik) etkileşimlerin tezahürleri, şu anda moleküllerin ve kristallerin fiziği ve kimyasında hızla gelişen yeni bir yön oluşturmaktadır.  

Reaksiyon I ve II arasında temel farklılıklar olduğunu görmek kolaydır. Reaksiyon I moleküler kimyayı temsil eder; Reaktiflerinin aktivasyonunda yalnızca enerji faktörleri rol oynar. Reaksiyonlar II, moleküllerdeki değişikliklerin öncelikle berthollid sistemlerinin katılımıyla gerçekleştirildiği tüm kimyayı temsil eder. Reaksiyonların yönü ve hızı tamamen reaksiyona giren moleküllerin kimyasal yapısı tarafından belirlenir. Reaksiyonların yönü ve hızı II, hem reaksiyona giren moleküllerin kimyasal yapısı hem de katalitik sistemin kimyasal organizasyonu tarafından belirlenir.  

Hidrojen bağlarıyla kapatılmış bir halkanın oluşumu için uyarılmış bir durum gerekli olduğundan, organik kimyanın sıradan reaksiyonlarına ilişkin verileri kullanarak çeşitli ikame gruplarının siklizasyon süreci üzerindeki etkisini ayrıntılı olarak incelemenin bir anlamı yok gibi görünüyor. Fotokimyanın, temel durumdan ziyade uyarılmış durumdaki moleküllerin kimyasıyla ilgilendiği söylenebilir.  

Moleküllerin üçlü haldeki reaktivitesi sorunu üzerinde kısaca durmak istedim. Genel olarak konuşursak bu soru çok büyüktür, çünkü üçlü haldeki moleküllerin kimyası bağımsız bir alandır. Sadece üçlü durumdaki moleküllerin katıldığı bir reaksiyonun aktivasyon enerjisinin niteliksel özelliğine odaklanacağım. Böyle bir molekülün bir radikalden farkı nedir? En basit örnek üçlü halin toprak olduğu O2 molekülüdür. Bu durumda aktivasyon enerjisinin olmadığı açıktır.  

SÜPRAMOLEKÜLER KİMYA

Supramoleküler kimya (SCH) Bileşenleri moleküller arası (değersiz) etkileşimlerle birbirine bağlanan bileşikleri, moleküler düzenekleri, stokiyometrik ve stokiyometrik olmayan bileşimlerin birlikteliklerini dikkate alan nispeten yeni bir kimya dalı. Başka bir deyişle SH, değersiz etkileşimlerin kimyasıdır. Bugüne kadar bu, supramoleküler kimya konusunun evrensel olarak kabul edilmese de en yaygın tanımıdır; bu, söz konusu bilimsel disiplinin gençliğini ve eyleminin bulanık sınırlarını gösterir, ancak bu konuda daha fazlası aşağıdadır.

"İle" terimi upramoleküler kimya" 1973 yılında 1987 Nobel Kimya Ödülü sahibi J.-M. Len. Lehn'e göre, supramoleküler kimya konusu aşağıdakilerle ilgili iki geniş, kısmen örtüşen alana ayrılabilir: a) - iki veya daha fazla bileşenin moleküler tanınması ve ardından moleküller arası ilişkisinin bir sonucu olarak ortaya çıkan supramoleküllerin kimyası - reseptör ve onun substrat ve bir molekül türünden (konakçı) başka bir molekül türünün (misafir) yerleştirildiği boşluğa moleküler bir çerçeve oluşturan ve b) - kendiliğinden gerçekleşen olayların bir sonucu olarak ortaya çıkan moleküler düzeneklerin kimyası belirsiz sayıda bileşenin birleşmesi ve az çok açıkça tanımlanmış bir mikroskobik organizasyona sahip olması (klatratlar, kesecikler, miseller, zarlar; örneğin, bir tür ribozom, 55 protein molekülü ve üç ribonükleik asit molekülünden oluşur; yaklaşık 200 Å). Bu yapılardaki etkileşimin gücü, örneğin gaz hidratlarda gözlemlenen ve hidrojen bağları nedeniyle oluşan zayıftan, d.-a tarafından oluşturulan güçlüye kadar değişebilir. örneğin taç kavşaklarında gözlenen bağlar. Bu tür bileşiklerin oluşumunun sıklıkla, çerçeveyi oluşturan ve örneğin bir "küvet" gibi serbest bir molekülle karşılaştırıldığında enerji açısından daha az elverişli bir konformasyonda olan her iki konakçı molekülün stabilizasyonuna yol açtığı akılda tutulmalıdır. tip konformasyonu ve konuk moleküller, hatta bazen bireysel bir durumda bulunmayanlar (örneğin radikaller). Bu olaya özel adı "moleküllerin temas stabilizasyonu" verilmiştir. Bundan şu anlaşılıyor ki, kavram moleküller üstü kimya inorganik kimyanın seyrinde ele alınan maddelerden canlıların kimyasının konusu olan maddelere kadar uzanan çok çeşitli madde sınıflarını birleştirir. Yukarıdakilerden, birçok araştırmacının, terimin ilk formülasyonundan çok önce, değersiz etkileşimlerle bağlanan maddeler üzerinde çalıştığı da anlaşılmaktadır. moleküller üstü kimya. Üstelik bu kavramın içerdiği terimlerin çoğu 19. yüzyılın sonu ve 20. yüzyılın başında ortaya atılmıştır.

Klatratlar(Modern anlamındaki terim 1947'de Powell tarafından önerilmiştir) veya dahil etme bağlantıları(terim 1949'da Schlenk tarafından icat edildi), görünüşe göre ilk kez 40-50'de Pierre, Berthelot ve Kronstedt tarafından fark edildi. XVIII yüzyıl, ancak 1778'de Priestley tarafından ayrıntılı olarak anlatılmıştır (“anormal” buz - kükürt dioksit hidrat). 1785'te Peletier ve Carsten, 1811'de Davy tarafından kanıtlanan, aslında bir elemental klorin hidratı olduğu ortaya çıkan "muryum oksit" oluşumunu tanımladılar. Ayrıca bu "oksidin" bileşimi (Cl 2 × 10H 2) O) 1823'te Faraday tarafından, yapısı ise ancak 1952'de Stackelberg ve Müller tarafından belirlendi.

Şimdi altında klatratlar anlamak molekül üstüdahil etme bağlantıları yalnızca van der Waals etkileşimleri nedeniyle oluşmuştur konuk moleküller farklı türden moleküllerle yüksek lisans, misafirleri almak için boşlukları olan bir çerçevenin inşa edildiği. Bu tür bileşiklerin termodinamik stabilitesi, konuk moleküllerin konakçı boşluğundaki düzeninin uygun geometrisi (uzaysal uygunluk, tamamlayıcılık zayıf fakat çok sayıda moleküller arası bağın oluşması, klatrat bileşenlerinin enerjisine kıyasla bir miktar enerji kazancına yol açar. Aynı zamanda, inklüzyon bileşiklerinin bileşenlerinde genellikle daha güçlü bağların oluşumu sırasında ortaya çıkan hiçbir makro değişiklik tespit edilmemiştir. Klatrattaki bileşenlerin oranı, yani. stokiyometrisi, inert gazlı hidrokinon bileşiklerinde olduğu gibi değişken olabilir ve parafinli üre bileşiklerinde, çoğu gaz hidratta veya aynı hidrokinonda olduğu gibi kesin olarak tanımlanabilir, ancak hidrojen sülfit veya fullerenler ile bileşikler oluşturur.

Büyük ölçüde stokiyometri, konakçı çerçevenin stabilitesi ile belirlenir. Çerçeve bir misafirin yokluğunda kararsızsa veya hiç mevcut değilse, sabit bileşime sahip bir klatrat bileşiği oluşur. Ana bilgisayar çerçevesi, konuğun yokluğunda bile termodinamik olarak kararlıysa, bu durumda, ilk a-modifikasyonuna dayalı olarak katı çözümler oluşturulur, yani. Genel yapıda bir miktar stabilizasyon meydana gelse de, etkileşime yeni bir fazın oluşumu eşlik etmez. Başka bir deyişle, ikinci durumda klatrat çerçevesi orijinal a-modifikasyonuna göre yarı kararlıdır, ancak boşlukların konuk moleküller veya atomlarla belirli bir derecede doldurulması ile ondan daha kararlı hale gelir ve değişken bileşimli bir klatrat oluşturur .

Vakaların büyük çoğunluğunda konağın klatrat halinde bulunduğu formda bulunmadığı vurgulanmalıdır. Klatrat oluşumu için gerekli olan konukçu modifikasyonu ve konuk uyumu doğrudan veya kademeli etkileşim yoluyla elde edilir. İkinci durumda, klatrat oluşumunun birbirini izleyen birkaç aşaması gerçekleşir. Örneğin, globin (bir hem protein molekülü) ilk önce değerlik etkileşimi olmayan bir demir porfirin kompleksi içerir, böylece bir çanak konformasyonu elde eder ve daha sonra bir oksijen molekülü veya karbon monoksit içerir. Bu pozisyon, Fischer'in, enzimatik reaksiyonların yüksek özgüllüğünün substrat ve enzimin tamamlayıcılığından (anahtar kilidi prensibi) kaynaklandığı yönündeki daha basit ancak diğer bazı nedenlerden dolayı daha yaygın olan varsayımından farklıdır. Genel olarak, globinde olduğu gibi bir metal merkez veya nitrojenaz veya ferrodoksinlerde olduğu gibi bir metal küme içeren enzimin protein ortamının rolü hiçbir şekilde ikincil değildir. Hiçbir bileşenin diğeri olmadan çalışmadığı bir sistemdir. Bunun en çarpıcı örneği 70-80'lerdeki başarısız girişimlerdir. Nitrojenaz kofaktörünün yalnızca Fe-Mo-S kümesini kullanarak nitrojenazın çalışmasını simüle edin.

Klatrattaki boşluğun şekline bağlı olarak inklüzyon bileşikleri şu şekilde sınıflandırılır: kripto-klatratlar(hücreler), tubulato-klatratlar(tüpler) ve interkalato-klatratlar(katmanlı katılım bileşikleri). “Misafir-ev sahibi” etkileşiminin doğasına göre bölünmüşlerdir basit klatratlaraörneğin, yalnızca van der Waals kuvvetleri (moleküller arası değersiz etkileşimler) nedeniyle oluşan parafinli üre kanal bileşikleri, klatratları koordine etmekörneğin, hidrojen bağları (belirli etkileşimlerde) nedeniyle oluşan hücresel trimetilamin hidrat (tüm adı kriptat-koordinat klatrattır) ve klatrat kompleksleri – donör-alıcı bağları ile daha güçlü oluşumlar.

Ana bilgisayar çerçevesindeki bağlantıların niteliğine göre de bir sınıflandırma vardır. Bu kafes klatratları Burada konakçı çerçeve, hidrojen bağları gibi nispeten zayıf bağlarla bağlanan moleküllerden oluşur. Bu tip klatratların tipik temsilcileri hidrokinon ve OH gruplu fenollerdir. Bu gruplar aracılığıyla altı konakçı molekülden oluşan bir çerçeve oluşturulur (Şekil 16). Böyle bir klatratın termal stabilitesi, her bir bileşenin erime noktasından onlarca derece daha yüksek olabilir.

Pirinç. 16. Altı hidrokinon molekülünden oluşan konakçı boşluğu.

İÇİNDE makromoleküler klatratlarçerçeve kovalent bağlı parçalardan yapılmıştır. Bunun bir örneği, son yıllarda yoğun bir şekilde incelenen (Şekil 17), gazların (metan, hidrojen, asetilen, karbon) birikmesiyle ilgili sorunları tartışırken aşağıda ele alacağımız çerçeve koordinasyon bileşikleri veya MOF yapılarıdır (metal-organik çerçeveler). dioksit) veya SiO2 formül birimine sahip klatrosil. İkincisinin boşlukları aynı konukları ağırlayabilir

Pirinç. 17. Çeşitli yapılardaki bağlayıcılara sahip çinko karboksilat bazlı MOF'lar. Sarı top polimerdeki boşluğun hacmidir

hidratlarda, boyutları benzer olduğundan, ancak termal stabiliteleri önemli ölçüde daha yüksektir ve trimetilaminli klatrat için, hidrattaki 200 C o'ya karşı 950 C o'da 3 saatlik maruziyete ulaşabilir.

İÇİNDE monomoleküler klatratlar konakçı, her biri bir veya daha fazla boşluğa sahip olan büyük moleküllerden oluşur. Bu bileşikler çözeltilerde de mevcut olabilir. Bu tür klatratların bir örneği, nişasta amilozlu mavi renkli iyot bileşiğidir.

Bu maddeler arasında en tipik ve ilginç olanı, hem aşağıda tartışacağımız gaz bileşenlerini hem de tetraalkilamonyum bazlarının tuzları gibi iyonik kompleksleri içeren daha karmaşık molekülleri içerebilen klatrat hidratlardır. İkinci durumda, sulu çerçeve anyonun etrafında inşa edilir ve kendisini çerçevenin büyük boşluklarına sokan katyon, klatratı bir bütün olarak stabilize eder. Benzer bir etki, solvent moleküllerinin çerçeveye dahil edildiği ve onları stabilize ettiği koordinasyon bileşiklerine dayanan bir dizi klatratta da gözlenir (temas stabilizasyon etkisi). Bu nedenle, bakır veya çinkonun piridil-rodanit kompleksleri kararsızdır, ancak benzen ile olan klatratları oldukça kararlıdır. Ancak çoğu zaman konuk moleküller, konağın özelliklerini etkilemez ve bu nedenle onların katılımıyla oluşan bileşiklere bazen "paketleme kompleksleri" adı verilir. Sadece koordinasyonda değil aynı zamanda organometalik kimyada da çok yaygın olan bu ara bileşik türü, görünüşe göre ilk kez 1897'de Hoffman tarafından Ni(CN)2NH3 × C6H6 bileşimine sahip bir nikel kompleksi örneği kullanılarak gözlemlendi.

Üre bazlı klatratlar çok yaygındır (Şekil 18). B-modifikasyonunun klatrat çerçevesinde, tüm H-bağları düzleştirilir ve yoğunluk, orijinal a-modifikasyonuna kıyasla keskin bir şekilde azalır. Bu nedenle kendi başına var olamaz ve boru şeklindeki boşluklara konuk moleküllerin dahil edilmesiyle stabilize edilir. bu durumda parafin.

Katmanlı bileşikler, ara bileşikler, ara bileşikler, konuk atomların veya moleküllerin kristal kafesin ara katman boşluğunda veya geometrik boşluklarında yer aldığı klatrat bileşiklerinin bir sınıfıdır. Bunların arasında en iyi bilinenleri, yukarıda yük transfer radikal iyon kompleksleri veya interkalat klatratlar olarak sınıflandırılan grafit ve fulleridlerdeki ara bileşiklerdir.

Çeşitliliği açısından dikkate değer olan hidrokinon klatratlarıdır (Şekil 19), üç kararlı modifikasyonda bulunur ve ek olarak yalnızca inert gazlar, kükürt dioksit, karbon ile klatrat oluşumu reaksiyonunun bir sonucu olarak ortaya çıkan termodinamik olarak kararsız bir d-çerçevesi üretir. dioksit,

Pirinç. 18. Üre moleküllerinden oluşan klatrat çerçevesinin kanal boşluklarındaki n-parafin molekülleri.

alkil halojenürler, metan ve hatta büyük fulleren molekülleri (Şekil 20), vb.

Bilinen tüm klatratlar arasında pratik açıdan gaz hidratlar, özellikle de metan hidratlar en çok ilgi çekenlerdir. Yakıt rezervleri diğer tüm yakıt rezervlerini aşan, Dünya'nın ve okyanusun derinliklerinde metan hidratların keşfedilmesinden sonra bunlara özel ilgi ortaya çıktı. 230 milyon yıl önceki Triyas dönemi de dahil olmak üzere Dünya üzerinde birçok küresel felaketin meydana geldiği varsayılmaktadır.

Pirinç. 19. Ksenon molekülü içeren β-hidrokinonun yapısındaki boşluk

Pirinç. 20. C 60 ∙3Q bileşiğinin δ yapısının parçası

55 milyon yıl önceki Paleosen dönemi, okyanusun derinliklerinde basınç altında ve düşük sıcaklıklarda gaz hidratlar şeklinde "sabit" koşullarda bulunan milyarlarca ton metanın atmosfere feci emisyonlarının neden olduğu. Ya da 8.000 yıl önce Norveç kıyılarında, birkaç bin kilometrekarelik bir raf alanından salınan gazın birkaç yüz metre yüksekliğe bir tsunami yaratmasıyla meydana gelen felaket. Zaten bizim zamanımızda (1986), Nyos krater gölündeki (Kamerun) hidrojen sülfit, kükürt dioksit, metan ve karbondioksit içeren gaz hidratlarının kendiliğinden ve beklenmedik şekilde ayrışması 1.700 kişinin ölümüne yol açtı. Bermuda Şeytan Üçgeni'nin gizemlerini açıklayan hipotezlerden biri de Okyanusun derinliklerinden devasa metan gazı kabarcıklarının salındığı varsayımına dayanıyor. Daha da etkileyici olanı, Dünya ikliminin modern küresel ısınmasının nedenlerini açıklayan hipotezdir. Aynı zamanda metanla da ilişkilidir: atmosferin ve okyanusun ortalama sıcaklıklarındaki belirgin bir artış, üst atmosferdeki miktarındaki artışla ilişkilidir, bu da termal radyasyonun emiliminde bir artışa yol açar. Aynı zamanda ozon tabakasını incelten bir madde olduğundan da kısmen şüpheleniliyor. Bununla birlikte, tüm bunlar bilimsel varsayımlar alanıyla ilgilidir, ancak şu anda gaz hidratların kararsızlığına ve bunlara neden olan nedenlere ilişkin oldukça fazla bilimsel temelli hipotez olmasına rağmen (ikincisi, katı bir gaz hidrat tabakası içindeki kanallardır, başlangıçtır) yerkabuğunun alt çatlaklarından bu katmana ısı akışının sağlanması) ve bazen de fanteziler. Gerçek şu ki, tek bir parçası 32 su molekülü ve 8 metan molekülünden oluşan bir metreküp “metan buzu”, 164 metreküp doğal gaz içeriyor, bu da sıvı metandan yalnızca 2-2,5 kat daha az! Ve bu formda 10.000-15.000 gigaton depolanıyor! Ne yazık ki ya da belki de neyse ki şu anda bu zenginliği kullanmaya yönelik endüstriyel teknolojiler mevcut değil, ancak bu yönde çalışmalar devam ediyor ve Norveç ve Kamerun'un üzücü “deneyimi” göz önüne alındığında, bu çalışmanın başarıyla tamamlanmasının değerlendirilmesi pek olası değil. olumlu.

Gaz hidratların yapısı, hidrojen bağlarıyla birbirine bağlanan su moleküllerinden oluşan bir çerçeve tarafından belirlenir. Şu anda, büyük (ana) ve küçük (ilave veya stabilize edici) boşluklara sahip olan bu tür 15'ten fazla çerçeve bilinmektedir. Boşlukları tanımlayan çokyüzlüler de çok çeşitlidir. Bunlardan en tipik olanları 12, 14, 15, 16 ve 20 kenarlıdır ve genellikle sırasıyla Yunan alfabesinin ilk harfleri olan D, T, P, H ve E ile gösterilir (Şekil 21) (vardır) ayrıca gaz boşlukları hidratlar için biraz farklı tanımlamalar).

Çeşitliliği, su moleküllerinin tetrahedral koordinasyonu ve H-bağının uzunluk ve bağ açısı açısından gözle görülür esnekliği ile belirlenir; bu, enerji açısından çok az farklılık gösteren çeşitli çerçeveler oluşturmayı mümkün kılar. Bağ uzunlukları ve bağ açıları sıradan buzun tipik “zemin” konumu –2,76 Å dahilinde değişir ve

Pirinç. 21. Sulu klatrat çerçevelerdeki çok yüzlü boşluklar (oksijen atomları çokyüzlülerin köşelerinde bulunur, kenar bir hidrojen bağını belirtir)

109.5 derece. Bu durumda oluşan kafesler ve buna bağlı olarak gaz hidrat bileşiklerinin bileşimleri de oldukça çeşitlidir ve ayrıca bulundukları basınca da bağlıdır. Gaz hidratlar için en tipik olanları kübik KS-I ve KS-III kafesleri ve birim hücre formülleri 6T 2D 46H 2 O, 8H 16D 136H 2 O ve E 2D ' olan altıgen GS-III (İngiliz literatüründe - yapı H) kafesleridir. 3D·34H2O, burada çerçeveyi oluşturan su moleküllerinin sayısına ek olarak konuk moleküllerin veya atomların sayısı ve kapladıkları boşlukların türü de harflerle gösterilir. Genellikle yüksek basınçlarda oluşan dörtgen kafesler de bilinmektedir. Yüksek basınçta bulunan buz, buz Ih, buz Ic ve buz II'nin gevşek formları da çerçeve olarak kabul edilir. Şek. Şekil 22, bu gaz (metan) hidratlardan birinin genel kabul görmüş boşluk tanımındaki yapısını göstermektedir.

Gaz hidratların stabilitesi, çerçevenin yapısına (büyük ve küçük boşlukların doldurulma derecesi ve kalitesi), sıcaklığa, basınca ve özel olarak eklenen bazı katkı maddelerine bağlıdır. Dolayısıyla en büyük E boşluğuna sahip olan GS-III kafesi, küçük D boşlukları doldurulmadıkça stabil değildir. Aynı zamanda metan hidratın stabil hale geldiği minimum P, T koşulları 0 o C ve bir basınçtır. 25-30 atm. Artan basınçla stabilitesi artar ve 2-2,5 Kbar'da 40-50 o C'de zaten mevcuttur. Üçüncü bir bileşenin (tetrahidrofuran veya metilsikloheksan) sisteme eklenmesi, sistemi daha da büyük ölçüde stabilize eder ve P'yi azaltır, Metan hidratın T stabilite parametreleri. Bu durumda, gaz hidratın boşluklarına organik katkı maddeleri de dahil edilerek karışık bileşikler oluşturulur (Şekil 23).

Pirinç. 22. D ve T boşluklarında metan molekülleri bulunan KS-1'in yapısal parçası

Pirinç. 23. Tetrahidrofuran (a) ve metilsikloheksan (b) ilaveleriyle metan hidratların yapısı

15 Kbar'a kadar olan basınçlarda ve normal veya daha düşük sıcaklıklarda, H2/H2O=1 ve H2/2H2O=1 bileşimlerindeki neon, argon ve hatta hidrojenin klatrat hidratları stabil hale gelir. İkincisi, buz II veya buz Ic'den yapılmış çerçeveler temelinde inşa edilir ve ağırlıkça% 11,2 ve% 5,3 içerir. Sırasıyla %H2. Diğer durumlarda, örneğin metal hidrürlerde veya karbon, zeolitler veya düşük yoğunluklu kompleks bileşiklere dayalı özel olarak sentezlenmiş sorbentlerde, hidrojenin ağırlık miktarı önemli ölçüde daha düşüktür. Bu tür maddeler normal basınçta bile düşük sıcaklıklarda ve yüksek basınçlarda (>300 atm) veya tetrahidrofuran veya alkil amonyum tuzu gibi küçük miktarda üçüncü bir bileşenin varlığında stabil olabilir (Şekil 24). oda sıcaklığında ve nispeten düşük aşırı basınçta oldukça kararlı olabilirler (<100 атм).

İki gaz halindeki misafirin (hidrojen ve metan) ve bir sıvı tetrahidrofuranın birleşimi, yakıt içeriği açısından şu anda benzersizdir

Pirinç. 24. H 2 -H 2 O-NR 4 Br sisteminde oluşan klatratın yapısı ve stabilitesinin basınç ve sıcaklığa bağımlılığı.

bileşen - hidrojen. (H2)4CH4 bileşimindeki bileşikte hesaplanan hidrojen miktarı 33,4 kütledir. % 2 Kbar'da ve 77 K sıcaklıkta bulunur, 300 K'da ise 50 Kbar basınç gerekir. Ancak bu hala doğrulanmamış ve gerçeklikten uzak olabilecek verilerdir.

Son yıllarda, 6, 7 veya 8 d-glikopiranoz birimlerinden oluşan siklik bir oligosakkarit olan siklodekstrin bazlı klatratlara yönelik araştırmalar gözle görülür şekilde arttı (Şekil 25.

Siklodekstrin molekülünün geometrisi, üstünde 12-16 ikincil OH grubunun bulunduğu ve altta 6-8 birincil veya bunların fonksiyonel ikame edicilerinin (“fırçalı kuyruklar”) bulunduğu, tabanı olmayan bir sepet olarak temsil edilebilir. . Glikosidik birimlerin sayısına bağlı olarak, “tabansız sepetin” üst kısmının çapını 5,7'den 9,5 Å'a (ve buna göre alt kısmın, ancak daha küçük sınırlar dahilinde) değiştirebilen bu maddeler, görünüşe göre , boşluklarına çok çeşitli substratlar dahildir. Bazı durumlarda bu şunları mümkün kılar:

Pirinç. 25. Siklodekstrin molekülünün yapısı

sadece bunların seçici seçimi, aynı zamanda seçici bir katalitik reaksiyonu ve siklodekstrin boşluğunda geleneksel sentetik reaksiyonları gerçekleştirmek (yani bir "nanoreaktör" olarak çalışmak), ancak örneğin aşağıdakiler gibi olağandışı ve bulunması zor ürünlere yol açmak. , katenanlar, rotoksanlar, polirotoksanlar ve tüpler, yani. nano boyutlu yapıların veya supramoleküler kimyanın daha karmaşık nesnelerinin üretiminde yapı taşları olarak kullanılan bileşenler veya boşluklar.

Tamamen kimyasal problemleri çözmenin yanı sıra, siklodekstrin biyokimyada, örneğin ferrosen türevlerinin antiviral veya antifungal aktivitesini in vitro belirlemek için başarıyla kullanılmaya başlandı. Bu amaç için kullanılan kompleksin yapısının bir modeli Şekil 1'de gösterilmektedir. 26.

Pirinç. 26. İkame edilmiş ferrosen ile siklodekstrin kompleksinin yapısının modeli.

Doğadaki çok geniş dağılımlarına, araştırmacıların klatrat bileşiklerine gösterdiği büyük ilgiye ve uzun geçmişine rağmen taç eterlerin Pedersen tarafından keşfi, supramoleküler kimya kavramının oluşumunun ve bağımsız bir bilim dalı olarak ayrılmasının başlangıcı olarak kabul edilmelidir. bilgi (Şekil 27, en ünlü taç eterlerin yapı modellerini göstermektedir) ve alkali metal katyonlarını (Şekil 28-30) boşluklarına yakalama konusundaki benzersiz yeteneklerinin keşfi. Ortaya çıkan komplekslerin gücü ve geometrisi veya taç bağlantıları birçok nedenden dolayı, ancak her şeyden önce boşluğun boyutunun konuğun boyutuna geometrik uyumu ( geometrik yazışma ilkesi): Daha büyük bir molekül veya iyon, ligandın dışında koordine edilebilmesine rağmen boşluk içi bileşikler oluşturmaz, daha küçük olanlar ise daha az güçlü boşluk içi bileşikler üretir

Pirinç. 27. Bazı taç eterlerin grafiksel gösterimi

makrosikl yapısının daha derin bir şekilde yeniden yapılandırılmasını gerektirdiğinden bağlantılar. Bununla birlikte, her durumda, kompleksleşmeye, taç eter yapısının, bazen bir hükümdarın kafasına benzer bir metal iyonu ile taçlandırılmış simetrik taç şeklindeki bir molekül halinde yeniden yapılandırılması eşlik eder. Bu keşfi takip eden kriptandların, aza- ve kükürt-taç eterlerinin ve bunların heteroanaloglarının sentezi, analitik kimya, faz transfer katalizi, ekstraksiyon vb. alanlardaki kullanımları açısından polisiklik moleküllerin kapsamını ve yeteneklerini önemli ölçüde genişletti. Ancak tüm bu bağlantılar misafir ağırlamak için iyi organize edilmemiştir. Hizalanmaları, kompleksin genel stabilitesini etkileyen ek enerji gerektirir.

Makrosiklik moleküllerin kimyasının geliştirilmesindeki bir sonraki aşamada, küreler, kavitanlar, karserandlar, hemi- ve kriptosferandlar, kaliksarenler, katapinadlar ve laratlar sentezlendi (Şekil 31-36). Bu maddelerin çoğu, misafir ağırlamak için ideal olan sağlam ve iyi organize edilmiş bir yapıya sahiptir. Örneğin, küresel ve oyuklarda bir kase, carcerandlarda ise geniş bir oyuktur (mağara).

Burada soru, makrosikl bileşiklerinin metal iyonlarıyla klasik koordinasyon bileşiklerinden bağımsız olarak, örneğin n-donörler veya hidratlar tarafından oluşturulan solvatlar gibi ayrılmasının meşru olup olmadığı sorusu ortaya çıkıyor. Kesin bir cevabım yok. Bunlar özünde koordinasyon bileşikleridir. Öncelikle çoğu iyonik taç bileşiğinde bileşenler arasındaki bağlantı geleneksel d.-a ile sağlanır. bağlarda ve komplekslerde iyon ile oksijen, nitrojen veya kükürtün donör atomları arasında bir değerlik teması bile olabilir ve bu maddelerin oluşumu termodinamik olarak o kadar elverişlidir ki doğrudan elde edilebilirler

Pirinç. 28. 1:1 bileşimli potasyum iyonu ile dibenzo-18-crown-6 kompleksinin yapısının modeli

Pirinç. 30. 2:1 bileşimindeki sodyum iyonları ile dibenzo-18-taç-6 kompleksinin yapısının modeli

Pirinç. 29. 2:1 bileşimli potasyum iyonu ile 12-taç-4 kompleksinin yapısının modeli

uygun bir çözücü içinde makrosiklin metal ile etkileşimi. Bu, M + ×MC×M' - (M=M' – Li, Na, K, Rb, Cs; M'- Au) bileşiminin alkalitleri gibi şaşırtıcı iyonik bileşikler ve daha da sıra dışı Na 2 2- ∙ bileşimleri üretir. MC∙Ca 2+, Na - ∙MC - ∙Ba 2+ (Şek.) veya M + ×MC×e _ (MC - makrosiklik ligand) elektridleri. İyonik yapı

Pirinç. Azakriptanadin yapısı Ba +2 (H 5 Aza 222) - Na - ∙2MeNH2'dir. Siyah toplar baryum katyonlarıdır, gri toplar ise sodyum anyonlarıdır

Bu maddelerin varlığı moleküldeki değerlik etkileşimlerinin koşulsuz kanıtıdır ve bu temelde alkalidler ve elektritler SH'nin konusu olarak sınıflandırılamaz. Ancak aynı zamanda, alkali metallerin sıvı amonyak içindeki çözeltilerine daha yakın olan oluşum mekanizması, bileşimi, yapısı ve özellikleri nedeniyle, koordinasyon kimyası çerçevesinde ele alınan maddeler olarak sınıflandırılamazlar. Ancak bu olmasa bile, genel olarak taç bileşiklerinin özelliklerinin özellikleri, bileşimleri ve yapıları d.-a'nın klasik versiyonundan keskin bir şekilde farklıdır. kompleksler. CE ile reaksiyonlarda, diğer "klasik" ligandlar tarafından solvatlanmayan amonyum ve alkilamonyum bazları, ağır alkali ve alkali toprak metal iyonları gibi iyonlar, şelatlayıcı ligandlarla oldukça güçlü kompleksler oluşturabilmelerine rağmen "solvasyona" maruz kalırlar. mesela diglyme ama bunlar CX'in konusuna ait değil. Ayrıca elde edilen bileşiklerin yapısı ve gücü, örneğin potasyum ve amonyum iyonlarıyla 18-K-6 kompleksleri,

Pirinç. 31. Kriptandlardan birinin (amino esterler) yapısının modeli

Pirinç. 32. Boşlukta metal iyonu bulunan bir kriptant yapısının modeli

Pirinç. 33. En basit kaliksarenlerden birinin yapısının modeli

Pirinç. 34. Kriptosferand yapısının modeli

Pirinç. 35. Küre molekülü

Pirinç. 36. Kavitand yapısının modeli

Bu reaksiyonların entalpileri neredeyse her zaman sıfıra yakın olmasına ve motor termodinamik olmasına rağmen, yaklaşık olarak aynı boyuta sahip olanlar da yaklaşık olarak aynıdır.

tercih entropi faktörünü değiştirmektir. Sonuç olarak, "solvasyon" teriminin taç bileşiklere uygulanabilirliği sınırlıdır, çünkü kimyada d.-a. komplekslerin biraz farklı bir anlamı vardır.

Zaten alkalidlerin ve elektridlerin varlığı gerçeğinden, yalnızca anyonlara göre spesifik makrosiklik bileşiklerin elde edilebileceği sonucu çıkmaktadır. Aslında makrosiklik perfloroaril merküratlara dayanan bu tür bileşikler hazırlanmış ve anyon tuzakları olarak başarıyla kullanılmıştır.

Nötr moleküllerin makrosiklik moleküllerle olan bileşikleri kesinlikle SH konusuna atfedilebilir. Şu anda bu tür binlerce bileşik bilinmektedir. En azından oluşumlarına süreçler eşlik ediyor tanıma(CE'ler veya kriptanlar gibi basit yapılar için bu esas olarak geometrik veya dedikleri gibi "küresel" yazışmadır; daha karmaşık olanlar için zaten "dört yüzlü", "doğrusal" veya hatta elektronik tanıma olabilir), öz-organizasyon(ev sahibinin yapısının misafirin yapısına göre ayarlanması, uzayda ve/veya zamanda düzenin kendiliğinden ortaya çıkması) ve hatta kendiliğinden kendi kendine montaj– çeşitli bileşenlerden oluşan karmaşık üst yapıların oluşumuna yol açan daha yüksek düzeyde bir süreç. Gördüğünüz gibi, tüm bu terimler SH'ye, aynı zamanda matris protein sentezi sırasında nükleik asit moleküllerinin kendi kendine birleşmesi (kopyalanması), metaloenzimlerin oluşumu vb. konularıyla da ilgilenen biyokimyadan gelmiştir. Bu anlamda tüm bu biyokimyasallar, nesneler aynı zamanda moleküller üstü kimyanın nesneleridir.

Matris sentezi yöntemi yalnızca doğa tarafından değil, aynı zamanda laboratuvarlardaki kimyagerler tarafından da farklı bir ad altında da olsa başarıyla kullanılmaktadır - şablon veya şablon sentez. Özellikle, kullanımı katenanların - "halka içinde halka" tipi organik moleküllerin (ftalosiyaninlerin ve porfirin bazlarının şablon sentezinin geçiş katılımıyla "klasik" varyantları) hazırlanması için etkili bir yöntemin geliştirilmesine yol açmıştır. metal iyonlarını koordinasyon kimyası bölümünde ele alacağız). Karseranlar gibi kap bileşiklerinin hacimsel bir matris olarak kullanılması, reaksiyon hacminin sınırlandırılması ve oluşturulan moleküllerin dış etkilerden korunması, ör. Bir nanoreaktör olarak, yalnızca kimyasal bağlanma teorisini (aromatiklik ve antiaromatiklik sorunu) doğrulamak için önemli bir madde olan, bulunması zor siklobutadien'i boşluklarında sentezlemeyi değil, aynı zamanda onu normal koşullar altında birkaç on dakika boyunca korumayı da mümkün kıldı. . Standart organik sentezde bu madde yüz yıldan fazla bir süre elde edilemedi ve kriyokimyasal sentez yöntemi koşullarında elde edilmesine rağmen hafif bir ısıtma bile ölümüne yol açtı.

İzotopların (bu teknolojinin uygulanması hala büyük bir soru olmasına ve benim bakış açıma göre pek mümkün olmamasına rağmen) ve izomerlerin ayrılması, stereo-, fototeşhis ve kanserin fototerapisi, iyonların hücre zarları yoluyla seçici transferi, bağlanma ve uzaklaştırma dahil Organizmadaki zararlı maddelerin uzaklaştırılması, iyon seçici elektrotlar ve optodlar için membranlar ve son olarak, örneğin ortamın pH'ındaki değişikliklere yanıt veren moleküler anahtarlar gibi moleküler cihazların tasarımıyla ilişkili malzeme bilimi yönü - bu makrosiklik bileşiklerin uygulamalarının ve olası uygulamalarının tam bir listesi değildir.

Bu tür bileşikleri kullanmaya yönelik daha fantastik planlar, bunlara dayalı bir moleküler bilgisayar oluşturmayı içerir. Bu, çeşitli molekül türlerinin birleştirilmesini ve her bir öğesinin bir mikroişlemcinin doğasında bulunan bir işlevi yerine getirdiği bir moleküler topluluk oluşturmayı gerektirir. Elbette bu, yalnızca moleküler kümelerin kendi kendine bir araya gelme mekanizmalarını incelemeyi ve bunların bilgi teknolojilerine uyum sağlama koşullarını belirlemeyi değil, aynı zamanda prensip olarak yeni bir ideoloji ve yeni bir teknoloji yaratmayı da gerektiren karmaşık bir görevdir. önek nano. Bu karmaşık sorunu çözmek için, örneğin spiropiran ve spirooksazin moleküllerinin fotokimyasal olarak indüklenen izomerizasyon reaksiyonları yoluyla moleküler anahtarlar oluşturmaya yönelik yaklaşımlar halihazırda geliştirilmiştir. Bu bileşiklerin yapısını ve bileşimini çok geniş bir aralıkta değiştirme olasılığı, prensipte bunların özelliklerinin (kuantum verimleri, fotoizomerlerin yaşam süreleri, spektral özellikler, vb.) belirli bir moleküler cihazın gereksinimlerine göre ayarlanmasını mümkün kılar. Fotokromik sistemlere ek olarak, özel manyetik özelliklere sahip bileşikler de dikkate alınır; örneğin, bir miktar sıcaklık histerisi ile ortaya çıkan, düşük dönüşten yüksek dönüş durumuna geçiş yapabilen bazı demir kompleksleri.

Üç boyutlu (3-D veya çok katmanlı cihazlar) sistemler, örneğin aynı moleküler anahtarlardan oluşturulan katmanlardan veya elemanlardan oluşan olası bir moleküler bellek taşıyıcısı olarak kabul edilir; formlarından biri floresans yeteneğine sahiptir, bu da izin verir. okunması gereken bilgiler.

Şu anda, moleküler anahtarlar ve moleküler hafıza elemanları arasındaki en umut verici iletkenlerin, poliasetilen, polianilin gibi elektriksel olarak iletken polimerler, iyi bilinen LL”Re(C) 20 ReLL' gibi moleküler karbin kompleksleri veya basit karbin zincirleri olduğu düşünülmektedir. yakın zamanda grafen katmanları üzerinde yapılan çalışmalarda keşfedilenler ( Şekil 37). Tek soru şu

Pirinç. 37. Bir grafen tabakası kırıldığında ortaya çıkan bir poliin karbon atomu zincirinin (karbin) oluşumunun şeması ve aralarındaki mesafe.

tüm bu elementlerin tek bir cihazda veya supramoleküler komplekste nasıl toplanacağı problemini tartışırken ortaya çıkan: supramoleküler kimyada görünüşe göre kimyada olduğu kadar "mistik" bir anlamı olmayan tamamlayıcılık ilkesinin (moleküler tanıma) kullanılması canlılar hakkında, zaten yeterli sayıda olduğundan, hiçbir şekilde açıkça görülemeyen birçok örnek vardır, örneğin sözde. karışık yapı, ancak bu durumda tamamlayıcılık atom veya grup seviyesinde işleyebilir veya başka bir prensip açık kalabilir. Ancak konunun maliyetinin çok yüksek olması nedeniyle birçok bilimsel ekip tarafından bu yönde yoğun çalışmalar yürütülüyor. Bu bağlamda, özellikle monomoleküler Langmuir-Blodgett filmlerine dayalı, örneğin 15-20 atomik metal kümesi yoluyla katmanlı iki boyutlu yapıların montajında ​​​​ve bunu kullanarak bir transistörün oluşturulmasında halihazırda çok ciddi ilerleme kaydedilmiştir. sandviç.

Moleküler yapıların boyutları, 1 cm2 yüzey üzerine yaklaşık 1013 mantıksal elemanın yerleştirilmesine izin verir; bu, modern mikroçiplerde elde edilen montaj yoğunluğundan yüzbinlerce kat daha fazladır. Bu tür cihazlardaki tepki süresi femtosaniye mertebesine getirilebiliyorken, en hızlı modern cihazlar nanosaniye aralığında çalışmaktadır. Sonuç olarak, moleküler bir bilgisayarın verimliliğinde, en güçlü modern bilgi işleme araçlarıyla karşılaştırıldığında 10 11 kat artış bekleyebiliriz.

Sonuç olarak, supramoleküler kimya konusunun henüz emekleme aşamasında olduğunu, sınırlarının bulanıklaştığını, modanın geleneksel ve yerleşik disiplinler çerçevesinde daha rahat olacak nesnelerin sesli bir isim altında sıkıştırılmasına yol açtığını belirtmek gerekir. sanki bir pankartın altındaymış gibi. Ancak nedenlerin ve sonuçların daha ayrıntılı analizini gerektiren durumlar da vardır. Bu tür durumlar, örneğin, Şekil 2'de gösterildiği gibi, güneş enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürmek için fotokatalitik sistemlerin kurulmasını mümkün kılan modern tipteki moleküler cihazlarda sık görülür. 38. Bu "tasarımda" porfirin kompleksi, örneğin tek boyutlu bir karbon zincirinden (karbin) oluşan konjuge bağ sistemine sahip iletken bir ayırıcı aracılığıyla "elektron deposuna" giren bir elektron donörüdür. - 12'ye kadar elektron kabul edebilen bir fulleren molekülü.

Pirinç. 38. Güneş enerjisini dönüştürmek için moleküler bir cihazın şeması.

Şek. Şekil 39, fiilen geliştirilmekte olan bir fotoaktif sistemi göstermektedir - elektron üreten molekülün, bir taç eter fragmanı yoluyla bir fulleren molekülüne bağlanan tek duvarlı bir karbon nanotüp olduğu bir donör-alıcı hibriti.

Yukarıda, bir kısmının fotokimyasal olarak indüklenen reaksiyonları kullanarak çalıştığına inanılan bir moleküler bilgisayar yaratma girişimlerini açıklarken biraz farklı bir durum ele alındı. Ancak genel bir soru ortaya çıkıyor: Bu bilgisayarın veya güneş enerjisini fotoakıma dönüştüren bilgisayarın tüm bileşenleri değerlik veya değerliksiz etkileşimlerle nasıl bağlanacak? Değersizlerse, sorunun acısı ortadan kalkar, ancak değerliyse başka bir soru ortaya çıkar: En az üç bileşenden oluşan bu karmaşık moleküler topluluk, diğer karmaşık çok atomlu organik veya

Pirinç. 39. Farklı doğadaki iki karbon molekülüne dayanan fotoaktif supramoleküler sistem.

organometalik moleküller? Sadece ilginç bir işlevsel özellik mi? Ancak ikincisinde de mevcut olabilir. Bu nedenle, fonksiyon belirleyen bileşenlerin birbirine doğrudan veya aralayıcılar aracılığıyla kovalent olarak bağlandığı ve bu ilişkinin yalnızca supramoleküler kimyanın konusu olarak bu özelliği güçlendirdiği karmaşık molekülleri sınıflandırmak bana uygun gelmiyor (örneğin, mol