Ainete omaduste ja nende struktuuri seoste uurimine on keemia üks peamisi ülesandeid. Suure panuse selle lahendusse andis orgaaniliste ühendite struktuuriteooria, mille loojate hulka kuulus ka suur vene keemik Aleksandr Mihhailovitš Butlerov (1828-1886). Just tema tegi esimesena kindlaks, et aine omadused ei sõltu ainult selle koostisest (molekulaarvalemist), vaid ka molekulis olevate aatomite üksteisega seotud järjekorrast. Seda järjekorda nimetati "keemiliseks struktuuriks". Butlerov ennustas, et kompositsioon C 4 H 10 võib vastata kahele erineva struktuuriga ainele – butaanile ja isobutaanile, ning seda kinnitas viimase aine sünteesimine.
Idee, et aatomite ühendamise järjekord on mateeria omaduste võtmeks, on osutunud väga viljakaks. See põhineb molekulide kujutamisel graafikute abil, milles aatomid täidavad tippude rolli ja nendevahelised keemilised sidemed toimivad tippe ühendavate servadena. Graafilises esituses eiratakse sidemete pikkusi ja nendevahelisi nurki. Eespool kirjeldatud C-molekulid 4 H 10 on kujutatud järgmiste graafikutega:
Vesinikuaatomeid sellistel graafikutel ei näidata, kuna nende asukoha saab üheselt määrata süsiniku skeleti struktuuriga. Tuletame meelde, et süsinik orgaanilistes ühendites on neljavalentne, seega ei saa vastavates graafikutes igast tipust ulatuda rohkem kui neli serva.
Graafikud on matemaatilised objektid, nii et neid saab arvude abil iseloomustada. Siit tuligi idee väljendada molekulide struktuuri numbritega, mis on seotud molekulaargraafikute struktuuriga. Neid numbreid nimetatakse keemias "topoloogilisteks indeksiteks". Arvutades suure hulga molekulide jaoks mis tahes topoloogilise indeksi, on võimalik luua seos selle väärtuste ja ainete omaduste vahel ning seejärel kasutada seda seost uute, veel sünteesimata ainete omaduste ennustamiseks. Praeguseks on keemikud ja matemaatikud välja pakkunud sadu erinevaid molekulide teatud omadusi iseloomustavaid indekseid.
Topoloogiliste indeksite arvutamise meetodid
Topoloogiliste indeksite arvutamise meetodid võivad olla väga erinevad, kuid kõik need peavad vastama üsna loomulikele nõuetele:
1) igal molekulil on oma individuaalne indeks;
2) sarnaste omadustega molekulidel on sarnased indeksid.
Vaatame, kuidas seda ideed rakendatakse küllastunud süsivesinike - alkaanide näitel. Paljude indeksite koostamise võtmemõisteks on mõiste "kaugusmaatriks" D. See on maatriksi nimi, mille elemendid näitavad molekulaargraafi vastavaid tippe eraldavate servade arvu. Koostame selle maatriksi kolme isomeerse süsivesiniku jaoks koostisega C 5 H 12 . Selleks koostame nende molekulaargraafikud ja nummerdame tipud ümber (juhuslikus järjekorras):
Süsivesinike kaugusmaatriksi diagonaalelemendid on võrdsed 0-ga. Esimesel graafikul on tipp 1 ühendatud tipuga 2 ühe servaga, seega maatriksi element d 12 = 1. Samamoodi d 13 = 2, d 14 = 3, d 15 = 4. Tavalise pentaani kaugusmaatriksi esimene rida on kujul: (0 1 2 3 4). Täielikud kaugusmaatriksid kolme graafiku jaoks:
molekulide keemia topoloogiline indeks
Tippude vaheline kaugus ei sõltu nende loetlemise järjekorrast, seega on kaugusmaatriksid diagonaali suhtes sümmeetrilised.
Esimese molekulaargraafiku (G) struktuuri peegeldava topoloogilise indeksi pakkus välja 1947. aastal Wiener. See on määratletud kui kaugusmaatriksi diagonaalelementide summa pluss pool selle mittediagonaalsete elementide summast:
(1)
Ülaltoodud graafikute jaoks, mis vastavad pentaanidele C 5 H 12 Wieneri indeksis on väärtused 20, 18 ja 16. Võib eeldada, et see kirjeldab süsivesiniku hargnemisastet: suurimad väärtused vastavad kõige vähem hargnenud süsivesinikele. Süsinikuskeleti pikkuse kasvades suureneb Wieneri indeks, kuna kaugusmaatriksis on rohkem elemente. Statistiline analüüs mitmesaja süsivesiniku näitel näitas, et Wieneri indeks korreleerub alkaanide mõningate füüsikaliste omadustega: keemistemperatuurid, aurustumissoojused, molaarmaht.
Teist tüüpi indeks ei põhine mitte tippude vahekaugustel, vaid iga tipu lähimate naabrite arvul. Näiteks arvutame Randići indeksi, mis on defineeritud järgmiselt:
(2)
kus vi– i-nda tipu aste, st sellest väljuvate servade arv. Ülaltoodud graafikute puhul on Randići indeks võrdne:
(3)
(4)
(5)
See indeks väheneb ka süsiniku skeleti hargnemisastme suurenedes ja seda saab kasutada alkaanide füüsikaliste omaduste kirjeldamiseks.
Alkaanid on keemilisest seisukohast kõige igavam orgaaniliste molekulide tüüp, kuna need ei sisalda mingeid "omadusi" - kaksik- ja kolmiksidemeid ega muude elementide aatomeid peale vesiniku ja süsiniku (sellisi elemente nimetatakse heteroaatomiteks). Heteroaatomite sisestamine molekuli võib radikaalselt muuta aine omadusi. Seega muudab ainult ühe hapnikuaatomi lisamine üsna inertse gaasilise etaani C 2 H 6 vedelasse etanooli C 2 H 5 OH, millel on üsna kõrge keemiline ja bioloogiline aktiivsus.
Järelikult on alkaanidest keerukamate molekulide topoloogilistes indeksites arvestada mitme sideme ja heteroaatomite olemasoluga. Seda tehakse, määrates graafikute tippudele ja servadele teatud arvulised koefitsiendid - “kaalud”. Näiteks kaugusmaatriksis saab diagonaalelemente määratleda tuumalaengu Z kaudui(pidage meeles, et süsiniku Z = 6 korral):
(6)
Diagonaalsed elemendid määratakse servade summeerimise teel, kusjuures iga serv ühendab aatomeid laengutega Zija Zj, kaal on määratud
(7)
kus b on võrdne aatomitevahelise sideme järjekorraga (1 üksikside, 2 kaksiksideme, 3 kolmikside). Tavaliste süsinik-süsinik üksiksidemete korral k = 1. Võrdleme propaani C Wieneri indekseid 3 H 8 ja kolm hapnikku sisaldavat ainet, mis on koostiselt sarnased: propüülalkohol C 3 H 8 O, selle isomeerne isopropüülalkohol C 3 H 8 O ja atsetoon C 3 H 6 O.
Selleks arvutame kindlaksmääratud reeglite järgi kaugusmaatriksi. Molekulaargraafikutel tähistame kõiki aatomeid peale vesinikuaatomite.1) Propaan
2) Propüülalkoholi molekulis on hapnik seotud äärepoolseima süsinikuaatomiga:
Üksiku C–O sideme puhul on kaalukoefitsient 36/(68) = 0,75. Hapnikule vastav diagonaalne maatrikselement:
d 44 = 1 – 6/8 = 0.25.
Heteroaatomeid sisaldavate molekulide puhul lakkab Wieneri indeks olemast täisarv. 3) Isopropüülalkoholi molekulis on hapnik seotud keskmise süsinikuaatomiga:
4) Atsetoonis on aatomite ühendusjärjekord sama, mis isopropüülalkoholis, kuid side süsiniku ja hapniku vahel on kahekordne:
C=O kaksiksideme puhul on kaalutegur 36/(268) = 0,375
Nagu näha, põhjustab heteroaatomi lisamine alkaanide struktuuri Wieneri indeksi tõusu tänu distantsmaatriksi suuruse suurenemisele. Mitme sideme lisamine ja molekuli hargnemisastme suurendamine vähendab seda indeksit. Need reeglid kehtivad ka keerukamate molekulide kohta. Esialgu töötati topoloogilised indeksid välja ainult selleks, et ennustada ainete füüsikalis-keemilisi omadusi. Hiljem hakati neid aga kasutama muude probleemide lahendamiseks. Vaatame mõnda neist. Üks topoloogiliste indeksite rakendusala on seotud orgaaniliste ühendite klassifitseerimise ja orgaaniliste andmebaaside loomisega. Ülesandeks on leida indeks, mis üks-ühele iseloomustab keemilist struktuuri ja mille põhjal saab selle struktuuri rekonstrueerida. Nõutav indeks peab olema hea eristusvõimega, see tähendab, et see peab eristama isegi sarnaseid molekule. See ülesanne on tohutu, kuna teada on juba üle 20 miljoni orgaanilise struktuuri. Selle lahenduse leitakse ilmselt komposiittopoloogiliste indeksite kasutamise kaudu.
1. Molekulide ja nende omaduste graafiline kujutamine - graafiteooria keemias
Ainete omaduste ja nende struktuuri seoste uurimine on keemia üks peamisi ülesandeid. Suure panuse selle lahendusse andis orgaaniliste ühendite struktuuriteooria, mille loojate hulka kuulus ka suur vene keemik Aleksandr Mihhailovitš Butlerov (1828-1886). Just tema tegi esimesena kindlaks, et aine omadused ei sõltu ainult selle koostisest (molekulaarvalemist), vaid ka molekulis olevate aatomite üksteisega seotud järjekorrast. Seda järjekorda nimetati "keemiliseks struktuuriks". Butlerov ennustas, et C 4 H 10 koostis võib vastata kahele erineva struktuuriga ainele - butaanile ja isobutaanile, ning kinnitas seda viimast ainet sünteesides.
Idee, et aatomite ühendamise järjekord on mateeria omaduste võtmeks, on osutunud väga viljakaks. See põhineb molekulide kujutamisel graafikute abil, milles aatomid mängivad tippude rolli ja nendevahelised keemilised sidemed - tippe ühendavad servad. Graafilises esituses eiratakse sidemete pikkusi ja nendevahelisi nurki. Ülalkirjeldatud C4H10 molekulid on kujutatud järgmiste graafikutega:
Vesinikuaatomeid sellistel graafikutel ei näidata, kuna nende asukoha saab üheselt määrata süsiniku skeleti struktuuriga. Tuletame meelde, et süsinik orgaanilistes ühendites on neljavalentne, seega ei saa vastavates graafikutes igast tipust ulatuda rohkem kui neli serva.
Graafikud on matemaatilised objektid, nii et neid saab arvude abil iseloomustada. Siit tuligi idee väljendada molekulide struktuuri numbritega, mis on seotud molekulaargraafikute struktuuriga. Neid numbreid nimetatakse keemias "topoloogilisteks indeksiteks". Arvutades suure hulga molekulide jaoks mis tahes topoloogilise indeksi, on võimalik luua seos selle väärtuste ja ainete omaduste vahel ning seejärel kasutada seda seost uute, veel sünteesimata ainete omaduste ennustamiseks. Praeguseks on keemikud ja matemaatikud välja pakkunud sadu erinevaid molekulide teatud omadusi iseloomustavaid indekseid.
Molekulide infrapunaspektrid
Vastupidiselt nähtavale ja ultraviolettkiirgusele, mida põhjustavad peamiselt elektronide üleminekud ühest paigalseisundist teise...
Orgaaniliste ühendite struktuuri uurimine füüsikaliste meetoditega
Kõik molekulide võimalikud asukohad kolmemõõtmelises ruumis taandatakse translatsiooni-, pöörlemis- ja vibratsioonilisele liikumisele. N aatomitest koosneval molekulil on ainult 3N liikumisvabaduse astet...
Polüaniliini fotofüüsikaliste omaduste kvantkeemiline uuring
Huvi pakuvad ergastatud olekute geomeetria ja elektrontiheduse jaotuse kvantkeemilised arvutused, mis tehakse mis tahes meetodil, kuna siin osutuvad isegi poolkvantitatiivsed tulemused väga kasulikuks...
Lineaarsete amorfsete polümeeride makromolekulid
Molekul on kõnele lähim osake, mis sisaldab peamisi keemilisi jõude ja koosneb aatomitest, mis on omavahel keemiliste sidemetega ühendatud. Molekulid võivad üksteisest erineda olemuselt või aatomite arvu poolest...
2.1 Mõõtmise kirjeldus, selle mudeli koostamine ja mõõtemääramatuse allikate tuvastamine Iga mõõtmisprotsessi saab kujutada sooritatavate toimingute jadana...
Metoodika pliisisalduse mõõtemääramatuste arvutamiseks kommide, teraviljade, teraviljade ja selle töötlemistoodete (leib ja pagaritooted) voltameetria eemaldamise teel TA tüüpi analüsaatorite abil
Kui määramatuse mõõduks on kogu standardmääramatus, siis saab tulemuse kirjutada järgmiselt: y(ühikud) standardmääramatusega uc(y) (ühikud). Kui määramatuse mõõduks on laiendatud määramatus U...
Perioodilise seaduse väljatöötamine. Elementide omaduste sõltuvus selle aatomi tuumast
Elementide seerianumbrite määramine nende aatomite tuumade laengute põhjal võimaldas määrata perioodilisuse tabelis olevate kohtade koguarvu vesiniku (mille seerianumber on tabelis - 1) ja uraani (millel on seerianumber 92)...
Pealegi oli Euler oma elu viimased 12 aastat raskelt haige, jäi pimedaks ning jätkas raskest haigusest hoolimata tööd ja loomist. Statistilised arvutused näitavad, et Euler tegi keskmiselt ühe avastuse nädalas. Raske on leida matemaatilist probleemi, mida Euleri töödes ei käsitletud. Kõik järgnevate põlvkondade matemaatikud õppisid ühel või teisel viisil Euleriga ja see polnud ilmaasjata, et kuulus prantsuse teadlane P.S. Laplace ütles: "Lugege Eulerit, ta on meie kõigi õpetaja." Lagrange ütleb: "Kui teile tõesti meeldib matemaatika, lugege Eulerit; tema teoste esitlus on tähelepanuväärne oma hämmastava selguse ja täpsuse poolest." Tõepoolest, tema arvutuste elegantsus oli kõrgeim. Condorcet lõpetas Akadeemias peetud kõne Euleri mälestuseks järgmiste sõnadega: "Nii lõpetas Euler elamise ja arvutamise!" Elades arvutamiseks – kui igav see väljastpoolt tundub! Tavapärane on ette kujutada matemaatikut kuiva ja kurdina kõige igapäevase suhtes, selle suhtes, mis tavainimesi huvitab. Euleri järgi nimetatud on kolme maja ja kolme kaevu probleem. |
GRAAFISTEOORIA
Üks topoloogia harudest. Graafik on geomeetriline diagramm, mis kujutab endast teatud punkte ühendavate joonte süsteemi. Punkte nimetatakse tippudeks ja neid ühendavaid sirgeid nimetatakse servadeks (või kaaredeks). Kõiki graafiteooria ülesandeid saab lahendada nii graafilisel kui ka maatrikskujul. Maatrikskujul kirjutamise korral tähistatakse ühega sõnumi edastamise võimalust antud tipust teise, selle puudumist aga nulliga.
Graafiteooria päritolu 18. sajandil. seotud matemaatiliste mõistatustega, kuid eriti tugeva tõuke selle arendamiseks andis 19. saj. ja peamiselt 20. sajandil, mil avastati selle praktiliste rakenduste võimalused: raadioelektrooniliste ahelate arvutamiseks, nn. transpordiülesanded jne Alates 50. aastatest. Graafiteooriat kasutatakse üha enam sotsiaalpsühholoogias ja sotsioloogias.
Graafiteooria vallas tuleks mainida F. Harry, J. Kemeny, K. Flamenti, J. Snelli, J. Frenchi, R. Normani, O. Oyseri, A. Beivelase, R. Weissi jt töid. NSV Liidus T. g. töö järgi Φ. M. Borodkin et al.
Graafiteooria keel sobib hästi erinevate struktuuride analüüsimiseks ja olekute ülekandmiseks. Vastavalt sellele saame eristada järgmist tüüpi graafikuteooria abil lahendatud sotsioloogilisi ja sotsiaalpsühholoogilisi probleeme.
1) Sotsiaalse objekti üldise struktuurimudeli vormistamine ja konstrueerimine selle keerukuse erinevatel tasanditel. Näiteks organisatsiooni struktuuriskeem, sotsiogrammid, sugulussüsteemide võrdlus erinevates ühiskondades, rühmade rollistruktuuri analüüs jne. Võime arvestada, et rollistruktuur sisaldab kolme komponenti: isikud, ametikohad (lihtsustatud versioonis - ametikohad) ja antud ametikohal täidetavad ülesanded. Iga komponenti saab esitada graafikuna:
Kõik kolm graafikut on võimalik kombineerida kõigi positsioonide või ainult ühe jaoks ja selle tulemusena saame selge ettekujutuse c.l spetsiifilisest struktuurist. see roll. Seega on positsiooni P5 rolli jaoks graafik (joonis). Mitteametlike suhete põimimine määratud formaalsesse struktuuri muudab graafiku märkimisväärselt keerulisemaks, kuid see on tegelikkuse täpsem koopia.
2) Saadud mudeli analüüs, selles olevate struktuuriüksuste (allsüsteemide) tuvastamine ja nende seoste uurimine. Nii saab näiteks suurtes organisatsioonides eristada alamsüsteeme.
3) Hierarhiliste organisatsioonide struktuuri tasandite uurimine: tasandite arv, ühelt tasandilt teisele ja ühelt inimeselt teisele minevate ühenduste arv. Selle põhjal lahendatakse järgmised ülesanded:
a) kogused. indiviidi kaalu (staatuse) hindamine hierarhilises organisatsioonis. Üks võimalikest valikutest staatuse määramiseks on valem:
kus r (p) on teatud isiku staatus p, k on alluvustaseme väärtus, mis on määratletud väikseima sammuna antud isikust alluvani, nk on isikute arv antud tasemel k . Näiteks organisatsioonis, mida esindab järgmine. Arv:
kaal a=1·2+2·7+3·4=28; 6=1·3+2·3=9 jne.
b) rühmajuhi määramine. Juhti iseloomustab tavaliselt teistega võrreldes suurem seotus ülejäänud grupiga. Nagu eelmises ülesandes, saab ka siin juhi tuvastamiseks kasutada erinevaid meetodeid.
Lihtsaim meetod on antud valemiga: r=Σdxy/Σdqx, s.o. jagatis, mille kohaselt jagatakse iga inimese kõigi teiste kauguste summa antud indiviidi kõigi teiste kauguste summaga.
4) Selle süsteemi tegevuse efektiivsuse analüüs, mis sisaldab ka selliseid ülesandeid nagu organisatsiooni optimaalse struktuuri otsimine, grupi sidususe suurendamine, sotsiaalse süsteemi analüüs selle jätkusuutlikkuse seisukohalt; infovoogude uurimine (sõnumite edastamine probleemide lahendamisel, grupiliikmete mõju üksteisele grupi ühendamise protsessis); tehnoloogia abil lahendavad nad optimaalse sidevõrgu leidmise probleemi.
Graafiteooriale, aga ka mistahes matemaatilisele aparaadile rakendades, on tõsi, et ülesande lahendamise aluspõhimõtted määrab sisuline teooria (antud juhul sotsioloogia).
Ülesanne : Kolmel naabril on kolm ühist kaevu. Kas igast majast iga kaevuni on võimalik rajada mitteristuvaid teid? Rajad ei saa läbida kaevu ja maju (joon. 1).
Riis. 1. Majade ja kaevude probleemile.
Selle ülesande lahendamiseks kasutame Euleri poolt 1752. aastal tõestatud teoreemi, mis on graafiteoorias üks peamisi. Esimene graafiteooria töö kuulub Leonhard Eulerile (1736), kuigi termini “graaf” võttis esmakordselt kasutusele 1936. aastal Ungari matemaatik Dénes König. Graafikuid nimetati diagrammideks, mis koosnevad punktidest ja neid punkte ühendavate sirgjoonte või kõverate segmentidest.
Teoreem. Kui hulknurk on jagatud lõplikuks arvuks hulknurkadeks nii, et partitsiooni mis tahes kahel hulknurgal ei ole ühiseid punkte või neil on ühised tipud või on ühised servad, siis võrdsus kehtib
B - P + G = 1, (*)
kus B on tippude koguarv, P on servade koguarv, G on hulknurkade (tahkude) arv.
Tõestus. Tõestame, et võrdsus ei muutu, kui antud partitsiooni mõnesse hulknurka tõmmatakse diagonaal (joon. 2, a).
A) 
b) 
Tõepoolest, pärast sellise diagonaali joonistamist on uuel partitsioonil B tipud, P+1 servad ja hulknurkade arv suureneb ühe võrra. Seetõttu on meil
B – (P + 1) + (G+1) = B – P + G.
Seda omadust kasutades joonistame diagonaalid, mis jagavad sissetulevad hulknurgad kolmnurkadeks ja saadud partitsiooni jaoks näitame seose teostatavust.
Selleks eemaldame järjestikku välised servad, vähendades kolmnurkade arvu. Sel juhul on võimalikud kaks juhtumit:
kolmnurga ABC eemaldamiseks peate eemaldama kaks serva, meie puhul AB ja BC;
Kolmnurga MKN eemaldamiseks peate eemaldama ühe serva, meie puhul MN.
Mõlemal juhul võrdsus ei muutu. Näiteks esimesel juhul koosneb graafik pärast kolmnurga eemaldamist B-1 tippudest, P-2 servadest ja G-1 hulknurgast:
(B - 1) - (P + 2) + (G -1) = B - P + G.
Seega ühe kolmnurga eemaldamine võrdsust ei muuda.
Jätkates seda kolmnurkade eemaldamise protsessi, jõuame lõpuks partitsioonini, mis koosneb ühest kolmnurgast. Sellise partitsiooni puhul B = 3, P = 3, G = 1 ja seetõttu
See tähendab, et võrdsus kehtib ka algse partitsiooni kohta, millest lõpuks saame, et seos kehtib selle hulknurga partitsiooni kohta.
Pange tähele, et Euleri seos ei sõltu hulknurkade kujust. Hulknurki saab deformeerida, suurendada, vähendada või isegi nende külgi painutada, kui küljed ei purune. Euleri suhe ei muutu.
Jätkame nüüd kolme maja ja kolme kaevu probleemi lahendamisega.
Lahendus. Oletame, et seda saab teha. Märgistame majad punktidega D1, D2, D3 ja kaevud punktidega K1, K2, K3 (joonis 1). Ühendame iga majapunkti iga kaevupunktiga. Saame üheksa serva, mis ei ristu paarikaupa.
Need servad moodustavad tasapinnal hulknurga, mis on jagatud väiksemateks hulknurkadeks. Seetõttu peab selle partitsiooni jaoks olema täidetud Euleri seos B - P + G = 1.
Lisame vaadeldavatele tahkudele veel ühe tahu – tasandi välimine osa hulknurga suhtes. Siis on Euleri seos kujul B - P + G = 2, kus B = 6 ja P = 9.
Seetõttu Г = 5. Igal viiel küljel on vähemalt neli serva, kuna vastavalt ülesande tingimustele ei tohiks ükski radadest otseselt ühendada kahte maja või kahte kaevu. Kuna iga serv asub täpselt kahel küljel, peab servade arv olema vähemalt (5 4)/2 = 10, mis on vastuolus tingimusega, et nende arv on 9.
Sellest tulenev vastuolu näitab, et vastus probleemile on eitav - iga maja juurest igasse külasse on võimatu tõmmata mitteristuvaid radu
Graafiteooria keemias
Graafiteooria rakendamine erinevate klasside keemiliste ja keemilis-tehnoloogiliste graafikute koostamisel ja analüüsimisel, mida nimetatakse ka topoloogiaks, mudeliteks, s.o. mudelid, mis võtavad arvesse ainult tippude vaheliste ühenduste olemust. Nende graafikute kaared (servad) ja tipud peegeldavad keemilisi ja keemilis-tehnoloogilisi mõisteid, nähtusi, protsesse või objekte ning vastavalt ka kvalitatiivseid ja kvantitatiivseid seoseid või teatud seoseid nende vahel.
Teoreetilised probleemid. Keemilised graafikud võimaldavad ennustada keemilisi muundumisi, selgitada olemust ja süstematiseerida mõningaid keemia põhimõisteid: struktuur, konfiguratsioon, kinnitused, molekulide kvantmehaanilised ja statistilis-mehaanilised vastasmõjud, isomeeria jne. Keemiliste graafikute hulka kuuluvad molekulaar-, kaheosalised ja signaaligraafikud. kineetiliste reaktsioonide võrrandid. Molekulaargraafikud, mida kasutatakse stereokeemias ja struktuuritopoloogias, klastrite, polümeeride jne keemias, on suunamata graafikud, mis näitavad molekulide struktuuri. Nende graafikute tipud ja servad vastavad vastavatele aatomitele ja nendevahelistele keemilistele sidemetele.
Stereokeemia org. c-c enamkasutatavad on molekulaarpuud – molekulaargraafikute katvad puud, mis sisaldavad ainult kõiki aatomitele vastavaid tippe.Molekulaarpuude komplektide koostamine ja nende isomorfismi tuvastamine võimaldab määrata molekulaarstruktuure ja leida alkaanide isomeeride koguarvu. alkeenid ja alküünid. Molekulaargraafikud võimaldavad taandada erinevate ühendite molekulide kodeerimise, nomenklatuuri ja struktuuriomadustega (hargnevus, tsüklilisus jne) seotud probleeme molekulaargraafikute ja nende puude puhtmatemaatiliste tunnuste ja omaduste analüüsile ja võrdlemisele, samuti nende puude analüüsile ja võrdlemisele. nende vastavad maatriksid. Molekulide struktuuri ja ühendite füüsikalis-keemiliste (sh farmakoloogiliste) omaduste vaheliste korrelatsioonide arvu tuvastamiseks on välja töötatud üle 20 nn. Molekulide (Wiener, Balaban, Hosoya, Plata, Randich jt) topoloogilised indeksid, mis määratakse molekulaarpuude maatriksite ja numbriliste karakteristikute abil. Näiteks Wieneri indeks W = (m3 + m)/6, kus m on C-aatomitele vastavate tippude arv, korreleerub molekulide mahtude ja murdumiste, moodustumise entalpiate, viskoossuse, pindpinevusega, ühendite kromatograafiliste konstantide, oktaanarvuga. süsivesinike arv ja isegi füsiool . ravimite aktiivsus. Molekulaargraafikute olulised parameetrid, mida kasutatakse antud aine tautomeersete vormide ja nende reaktsioonivõime määramiseks, samuti aminohapete, nukleiinhapete, süsivesikute ja muude komplekssete looduslike ühendite klassifitseerimisel, on keskmine ja kogu (H) teabevõime. Polümeeride molekulaargraafikute analüüs, mille tipud vastavad monomeerühikutele ja servad nendevahelistele keemilistele sidemetele, võimaldab selgitada näiteks välistatud ruumala mõjusid, mis viivad omadusteni. muutused polümeeride prognoositavates omadustes. Graafiteooriat ja tehisintellekti põhimõtteid kasutades on välja töötatud tarkvara keemia infootsingusüsteemide jaoks, aga ka automatiseeritud süsteemid molekulaarstruktuuride tuvastamiseks ja orgaanilise sünteesi ratsionaalseks planeerimiseks. Ratsionaalsete keemiliste radade valimise toimingute praktiliseks rakendamiseks arvutis. retrosünteetilisel ja süntoonilisel printsiibil põhinevates teisendustes kasutatakse lahendusvariantide jaoks mitmetasandilisi hargnenud otsingugraafikuid, mille tipud vastavad reaktiivide ja produktide molekulaargraafikutele ning kaared kujutavad teisendusi.
Keemiliste tehnoloogiliste süsteemide (CTS) analüüsi ja optimeerimise mitmemõõtmeliste probleemide lahendamiseks kasutatakse järgmisi keemiatehnoloogilisi graafikuid: voo-, infovoo-, signaali- ja töökindlusgraafikud. Keemiaõppeks. Häirete füüsika suurest hulgast osakestest koosnevates süsteemides kasutab nn. Feynmani diagrammid on graafikud, mille tipud vastavad füüsikaliste osakeste elementaarsetele vastasmõjudele, nende teede servadele pärast kokkupõrkeid. Eelkõige võimaldavad need graafikud uurida võnkereaktsioonide mehhanisme ja määrata reaktsioonisüsteemide stabiilsust Materjali voolu graafikud näitavad vooluhulkade muutusi keemilistes küttesüsteemides Soojusvoolu graafikud näitavad soojusbilanssi keemilistes küttesüsteemides; graafikute tipud vastavad seadmetele, milles füüsikaliste voogude soojustarbimine muutub, ning lisaks süsteemi soojusenergia allikatele ja neeldujatele; kaared vastavad füüsikalistele ja fiktiivsetele (füüsikalis-keemiline energia muundamine seadmetes) soojusvoogudele ning kaare kaalud on võrdsed voogude entalpiatega. Materjali- ja soojusgraafikuid kasutatakse keerukate keemiliste süsteemide materjali- ja soojusbilansi võrrandisüsteemide lahendamise algoritmide automatiseeritud väljatöötamise programmide koostamiseks. Infovoo graafikud näitavad matemaatiliste võrrandisüsteemide loogilist teabestruktuuri. XTS mudelid; kasutatakse nende süsteemide arvutamiseks optimaalsete algoritmide väljatöötamiseks. Kahepoolne infograaf on suunamata või suunatud graaf, mille tipud vastavad vastavalt. võrrandid fl -f6 ja muutujad q1 – V ning harud kajastavad nende seost. Infograaf – võrrandite lahendamise järjekorda kujutav digraaf; graafiku tipud vastavad neile võrranditele, XTS teabe allikatele ja vastuvõtjatele ning harud vastavad teabele. muutujad. Signaalgraafikud vastavad keemiliste tehnoloogiliste protsesside ja süsteemide matemaatiliste mudelite lineaarsetele võrrandisüsteemidele. Usaldusväärsuse graafikuid kasutatakse erinevate usaldusväärsuse näitajate X arvutamiseks.
Viited :
1.Berge K., T. g. ja selle rakendus, tõlge prantsuse keelest, M., 1962;
2. Kemeny J., Snell J., Thompson J., Sissejuhatus lõplikku matemaatikasse, tlk. inglise keelest, 2. väljaanne, M., 1963;
3.Ope O., Graafikud ja nende rakendamine, tlk. inglise keelest, M., 1965;
4. Belykh O.V., Belyaev E.V., Tehnoloogia kasutamise võimalused sotsioloogias, in: Inimene ja ühiskond, kd. 1, [L.], 1966;
5. Kvantitatiivsed meetodid sotsioloogilises uurimistöös, M., 1966; Beljajev E.V., Sotsioloogiliste mõõtmiste probleemid, "VF", 1967, nr 7; Bavelas. Suhtlemismustrid ülesandele orienteeritud rühmades, raamatus. Lerner D., Lass well H., Politoloogiateadused, Stanford, 1951;
6. Kemeny J. G., Snell J., Matemaatilised mudelid sotsiaalteadustes, N. Y., 1962; Filament C., Graafiteooria rakendused rühmastruktuurile, N. Y., 1963; Оeser Ο. A., Hararu F., Rollistruktuurid ja kirjeldus graafiteoorias, raamatus: Biddle V., Thomas E. J., Role theory: concepts and research, N. Y., 1966. E. Belyaev. Leningrad.
Molekulaargraafiku loomulik laiend on reaktsiooni graafik, mille servad vastavad aatomitevaheliste sidemete tekkele, purunemisele ja järjekorra muutumisele.
„Rõhutame, et just R. Baderi teoorias sai empiiriline aditiivsuse idee esmakordselt põhjendatud, just see teooria võimaldas anda paljudele klassikalise keemiateooria mõistetele range füüsikalise tähenduse. struktuur, eelkõige "valentsuskäik" (sidumistee) ja struktuurne keemiline valem (molekulaargraafik)."
Kirjutage ülevaade artiklist "Molekulaargraaf"
Märkmed
Vaata ka
Kirjandus
- = Topoloogia ja graafikuteooria keemilised rakendused, toim. autor R.B. King. - M.: Mir, 1987. - 560 lk.
|
||||||||||||||||||
Molekulaargraafikut iseloomustav väljavõte
Järgmisel päeval meenutas prints Andrei eilset balli, kuid ei peatunud sellel kaua. "Jah, see oli väga geniaalne pall. Ja ka... jah, Rostova on väga tore. Teda eristab midagi värsket, erilist, mitte Peterburi. See oli kõik, mida ta eilse balli peale mõtles ja pärast tee joomist istus tööle.Kuid väsimuse või unetuse tõttu (õppimiseks ei sobinud päev ja prints Andrei ei saanud midagi teha) kritiseeris ta pidevalt enda tööd, nagu temaga sageli juhtus, ja oli rõõmus, kui kuulis, et keegi on saabunud.
Külaliseks oli Bitski, kes teenis erinevates komisjonides, külastas kõiki Peterburi seltskondi, kirglik uute ideede austaja ning Speranski ja murelik Peterburi sõnumitooja, üks neist inimestest, kes valivad kleidi sarnase suuna - vastavalt moodi, kuid kes sel põhjusel tunduvad olevat kõige tulihingelisemad suunaparteilased . Ta jooksis murelikult, vaevu mütsi maha võtta, prints Andrei juurde ja hakkas kohe rääkima. Ta oli just saanud teada tänahommikuse suverääni poolt avatud riiginõukogu koosoleku üksikasjadest ja rääkis sellest vaimustusega. Suverääni kõne oli erakordne. See oli üks neist kõnedest, mida peavad ainult põhiseaduslikud monarhid. „Keiser ütles otse, et nõukogu ja senat on riigivarad; ta ütles, et valitsemine ei peaks põhinema omavolil, vaid kindlatel põhimõtetel. Keiser ütles, et rahandust tuleks ümber kujundada ja aruanded avalikustada,” ütles Bitsky tuntud sõnu rõhutades ja märkimisväärselt silmi avades.
"Jah, praegune sündmus on ajastu, meie ajaloo suurim ajastu," lõpetas ta.
Prints Andrei kuulas lugu riiginõukogu avamisest, mida ta nii kannatamatult ootas ja millele ta nii suurt tähtsust omistas, ning oli üllatunud, et nüüd, kui see juhtus, see sündmus teda mitte ainult ei puudutanud, vaid tundus. tema jaoks rohkem kui tähtsusetu. Ta kuulas Bitski entusiastlikku juttu vaikse pilkamisega. Ta pähe tuli kõige lihtsam mõte: „Mis see minul ja Bitskyl on, mis meid huvitab, mida suveräänil oli hea meel volikogus öelda! Kas see kõik võib mind õnnelikumaks ja paremaks muuta?”
Ja see lihtne arutluskäik hävitas prints Andrei jaoks ootamatult kogu senise huvi toimuvate ümberkujundamiste vastu. Samal päeval pidi prints Andrei einestama Speransky "en petit comite" [väikese koosolekuga], nagu omanik talle kutsudes ütles. See õhtusöök mehe peres ja sõbralikus ringis, keda ta nii väga imetles, oli prints Andreile varem suurt huvi pakkunud, seda enam, et siiani polnud ta Speranskit oma koduses elus näinud; aga nüüd ta ei tahtnud minna.
MUUTUVUS STRUKTUURIDE JA ORGAANILISTE ÜHENDITE ORGAANILISTE ÜHENDITE MOLEKULIDE VORMID NING VORMI Molekulid L. P. OLEKHNOVICH g. ja. ygTspzyZau KUTU‚TNLI „UTY‰‡ TЪ‚VMM˚I YML‚V TLIV, KUTU‚-M‡-SUMY Orgaanilise süsiniku peegelkonfiguratsioonilise isomeeria ZZTSSZATS tekke ja tüüpide mitmekesisuse küsimus - orgaanilise keemia keemia - paistab silma oma struktuuri mitmekesisuse poolest ja äärmuslikke kilosid arutatakse arvukate üksikute seoste kohaldamisega. Teadaolevate orgaaniliste ühendite koguarv – graafiteooria elemendid. aastas täiendatakse kümnete tuhandete uute laborites sünteesitavate ainetega. Orgaaniline keemia üllatab molekulaaranalüüsi molekulide klasside mitmekesisusega, mille struktuuris esmapilgul loogikat ei paista. Organisatsioonide kogumi tekkimise peamiseks põhjuseks, mida ei ole võimalik lihtsalt loetleda (>107) organisatsioone on valgustatud. Erinevad ühendid on akiraalse ja keskse elemendi - süsiniku - unikaalsed omadused. kiraalsed ühendid on Süsinikuühendite maailm on klassifitseeritud konstrueerimise võimaluste ja meetodite ammendamatu kombinatoorika. n C-aatomit, m O-aatomit, k–N, l–S, h–P jne molekule. k‡TTPUЪ VM˚ ‚UF UT˚ schgTseZnkh ntsikaa YkDoyZ F ULTıUK‰VMLfl PMU„U-Z abyEkDZaip eigTsdmg U· ‡BLfl ‚L‡BLfl ‚L‰‡ ‡ MM-Ophysial ‚L‰VˆU‡ majanduslikku kasutust. kuid mahukas matemaatikakeel valemeid ja arvutusi, kasutavad keemikud ühendite struktuuri registreerimiseks spetsiaalset keelt. Seda keelt ei kasutata eriti orgaanilises keemias, et korraldada ideid SCHU arvukate alamklasside kohta. d ‡ЪNU UT‚В˘В- hiiglaslik hulk molekule. Et struktuurivalemite kujutamisel vähem aega ja ruumi kulutada, ei vaeva orgaanilised keemikud end sageli aatomite tähistamisega. See tehnika M‡ UTMU‚V F V‰ТЪ‡‚OV- on eriti mugav, kui võtta arvesse mitte mingi konkreetse ühendi omadusi, vaid mo- b LL, BUT‡TTLSHLˆL U‚ seeria struktuuri ja kuju üldmustreid. ‡- lekulid. Niisiis, selle asemel, et joonistada tähte M˚ UTU·VMMUTL TJUV- süsiniku- ja vesinikuaatomite tähistused kõigis struktuuriisomeerides, näiteks piir- © ІOVıMU‚L˜ g.i. , 1997 MLfl TLPPV L˜M˚ı L heksaani süsivesinikku – C6H14, kujutatud ‡TLPPV L˜M˚ı TUV‰LMV-graafikutega (skeem 1) MLI, ‰‡MU UV V‰WOVMLV¸I ‰WOVMLV NL ‡ L. Skeem 1 44 lykyljZldav jEkDbjZDnTsg'zhv LmkzDg, nr 2, 1997 Graafikute (punktide) tipud on süsinikuaatomid, ühendid, kujutavad ka kompleksi teisendusi ja neid ühendavad jooned (servad) on C-C sidemed. molekule (reaktsioone) ja üksteist mõista. Kuna süsinik on neljavalentne ja vesinik on monovalentne, on selge, et graafiku lõpp- (vabades) tippudes peaks olema kolm H-aatomit, mille graafikud on . Selles teoorias on n-järgu graafik G määratud tüübi keskmiste tippude järgi - igaüht kaks, ja see on tertsiaarne kui mittetühi tippude kogum V1, V2, ..., Vn. vesinikuaatomid kvaternaarsetes tippudes kutsuvad erinevad tipud. Graafikute teooria sai alguse L. Euleri kuulsatest argumentidest. Seetõttu ei ole ülaltoodud graafikud (1736) Königsbergi sildade kohta, kus valemid olid täielikud, kuid need on piisavad, et esitada kriteeriumid graafiku kõigi servade läbimiseks ilma süsivesinike riststruktuuriliste isomeerideta. Allpool on tervitused, samuti tema muud tööd, mis on seotud Madena küllastumata süsivesiniku molekulide graafikutega temaatiliste mõistatuste ja meelelahutusega. topelt- (C=C) ja kolmiksidemed (C≡C), samuti G. Kirchhoffi (1847) ja W. Hamiltoni graafikud mõnede tsükliliste ja raami süsiniku kohta (tabel 1). (1859). A. Cayley (1857, 1874–1875) oli esimene, kes üldistas trigonaalgraafi (skeem 2), et kasutada graafilisi esitusi (väga erinevate molekulide kujundite loendeid. graaf “puud”) seoses isomeeride arvu loendamisega. esimene tähistab mitmeid küllastunud süsivesinikke.. Seega alkaanide graafilised (graafilised) vormid. Tõepoolest, ainult la ühenduse abil saab ökonoomselt esitleda graafiteooria olulist aparaadi (Pólya teoreem, 1937) selle võimalikest konkreetsetest ja kõige üldisematest mustritest, kuid lahendada kõigi struktuuride ja vormide loendamise (loendamise) probleem. Keemikute jaoks piisab molekulide CnH2n + 2, CnH2n sarnastest struktuuriisomeeridest, graafikutest, nii et ilma pikki nimesid kasutamata CnH2n - 2, CnH2n - 4 jne. (vt heksaani isomeeride graafikuid), Tabel 1 Z,Buteen-2E-isomeerid Z E H3C CH CH CH3 .R . 1,3-dimetüül-3-kumuleeni R,L-isomeerid L. Z. . E. 1,4-dimetüül-4-kumuleeni Z,E-isomeerid. . . . . . Dimetüülatsetüleen 1,4-dimetüülbiatsetüleen Ksüleenid Benseen Tolueen orto-meta-para- Tsüklilised küllastunud süsivesinikud Tsüklopropaan Tsüklobutaan Tsüklopentaan Tsükloheksaan ja nii edasi Raamistik süsivesinikud Tetrahedran Prizman Kuban ygTspzyZau g. ezyYYYEKDBATS lnkyTszaa oike eigTsdmg ykYDzauTsldap lyTSSazTszav 45 O 2− O − CH2 + F B C N C = F F O O O O H2C CH2 Trifluoriid Happelise jäägi anioon happelise jäägi anioon asendushape2 happe derivaat happe katioon ka boormetaan katioon s nkaa DlaeeTsnka eigTsdmg, vesinikud, kui "käsitsi", suurte n-de puhul võtab see palju aega. Praegu teooria Pöördugem nüüd meie graafikute teise tunnuse juurde, mis loomulikult siseneb paljudesse teadvustesse – tähelepanu. Kui arvestada kaasaegse matemaatika harusid, nagu mõnede ümbritsevate objektide topoloogia (sealhulgas loogika ja kombinatoorika, lineaaralgebra ja molekulaargraafikuteooria), siis sageli realiseeritakse rühmad, tõenäosusteooria ja numbriline analüüs. On ka teadlikult kontrollimatuid tehteid.Edukalt kasutatakse füüsikas, keemias, geneetikas, mis märgivad objekti osade vastavust üksteisele. Vanad kreeklased arvutiteaduses, arhitektuuris, sotsioloogias ja lingvistikas. tähistamiseks kasutati mõistet "võrdlusväärne" (σιеёετροσ). "Keele" tunnuseid on vaja silmas pidada selliseid vastastikuse paigutuse tunnuseid, suhtegraafikuid: objekti osad, mis määravad selle sümmeetrilise välimuse, kuju - range. sümmeetria;molekulaargraafikud vormistavad ehitiste seosed, kristallid mineraalid, kahepoolne sümmeetria, sealhulgas reeglina mitu (kaks ja taimelehtede geomeetria, pöörlemissümmeetria rohkem) aatomite-tippude sorte; lilled jne. kui graafide üldteooria lubab produtseerida Objektid on sümmeetrilised, kui ühest ver- nende osade suhteline paigutus võimaldab selliseid siine (sealhulgas isoleeritud tipud pöörlemiste toimimisel, sisepeegeldused, täielikud servade puudumine), siis tippude keemilised versioonid (pöörete ja peegelduste kombinatsioon), graafil peab olema täpselt nii palju servi (mille ühendamine jätab need (objektid) muutmata), milline on graafide valents (koordinatsiooniarv) , muudab need iseendaks. Sümmeetriaga antud aatomi struktuur keemilises ühendis; ric objekte on selline, et seda iseloomustab vähemalt ühe järgmistest keemilise graafiku tipu elementide olemasolust koos sümmeetriaga: servade suunad peavad olema selgelt orienteeritud, peegli peegeldustasandid σ (S1) - kuna need tähistavad sümmeetria kiiruse suhtelist asendit, koosnevad selle objektid molekulides olevatest aatomitest, aga ka nurki identsete, peegel-identsete aatomipoolte sidemete vahel: tetraeedrilise süsinikuaatomi puhul on need (vt. graafikud diagrammidel 1, 2 ja tabelis. 1); nurgad on tavaliselt võrdsed 109,5°, trigonaaltasandil - 120°, digonaalsel, atsetüleenil - sümmeetriateljed Cn, n = 2, 3, 4, ..., - objekti osad - 180°, kuid võib esineda erandid (vaata kaardi graafikuid, mis on kombineeritud, nagu objekt tervikuna, selle pokasaalsete süsivesinikega tabelis 1) ja kolmemõõtmelised (pööratud nurga all 2π / n (vt tabel 1 ja skeem 2); suur) graafiku projektsioonid on vajalikud peegel-eelse pöörlemistelje Sn jaoks, S2 = i on molekulaarsete konfiguratsioonide paigutuse kese. inversioon - on kombinatsioon C2 + S1, S4 = kom- Eksperimentaalkeemikute disain, C4 + S1 kombinatsioonid (vt buteen-2 E-isomeerid, isegi nagu insenerid, uute, senitundmatute kumuleenide, tetraeedri ja kuubaani graafikud tabelis . 1). seoseid, mõelda läbi ja rakendada nende jaoks meetodeid Objekt on asümmeetriline, kui selle sisemine süntees. Teoreetilised keemikud võrdlevad struktuuri ja välist vormi, kvantkeemilistes arvutustes ei ole võimalik iseloomustada karakteristlikku analüüsi ühegi loetletud elemendiga - mõnikord väga erineva struktuuriga, et paljastada omadusi (vt heksaani 2. ja 4. isomeeri). Skeem 1, aatomitevaheliste kauguste ja ras-alaniini muutuste piirid skeemil 3). Selliste objektide puhul on elektronide ühine jaotus ioonides ja molekulides, eelmine triviaalne sümmeetriatehe on C1. panna ühte graafikut (vt diagramm 2). Graafika- C1 pööramine 360° (2π) ühendab asümmeetrilised valemid, mis on muutunud tavaliseks veidi rohkem kui objekt iseendaga. Muidugi on operatsiooni toiming - 100 aastat tagasi ja keemia C1 graafiline suhtluskeel omavahel ühendatud ja kõik on sümmeetriliselt - pidevalt täiustatud. ny objektid, kuna see pöörlemine on triviaalne. 46 lüküül Zldav yEkDbjZDnTsgzhv LmkzDg, ‹2, 1997 3 3 H H H H H COOH H3C COOH HOOC CH3 C 2 C C C 2 C 1 4 4 1 H H H2N H H2N H H2N H2 Metüülanüüniin- NH2 Metüülanüüleemiin-NH3 es s, pallid - näited objektidel, millel on asümmeetriline molekul (alaniin), on peegel - kõigi sümmeetriaelementide lõpmatu hulk - topelt - topelt (vt diagramm 3). S1(σ), Cn, Sn. Pall on joondatud iseendaga mis tahes pöördel, peegli mis tahes orientatsioonil Meie sajandi 60–70ndatel töötasid seda läbivate stereotasandite ja pöörlemistelgede teadlased, keemikud R. Kahn, K. Ingold ja V. Prelog välja keskuse. . Seetõttu on õiged kumerad polüeedrilised üldreeglid dubleerivate komponentide (tetraeeder, kuup, oktaeedr, dodekaeedr, ikosaeedr - sarnased tüübid vasakule (l) ja paremale (r) määramiseks: ideaalsed platoonilised tahked ained, millesse on sisse kirjutatud asendajad (aatomid) Seotud sfääri asümmeetriaga, kuigi neil on elementaarse süsiniku või muude aatomite sümmeetriatsentrite lõplikud komplektid, kuid nende arv ja mitmekesisus on alati järjestatud vastavalt nende hierarhiale ja vanimale (kuid suuremale võrreldes teiste hulktahukatega. mõõt 1) on see, millel on suurim Pikka aega on täheldatud, et kui asümmeetriline aatommass: alaniinis (skeem 3) on 14N vanem kui 12C ja see arv peegeldub peegeltasandil, mis asub süsinikuaatomite hulgas. metüül- ja karboksüülrühmad on viimasest vanemad: see on seotud sellest objektist väljapoole paigutatud raske 16O-ga, siis saadakse joonis, esimene aga kerge 1H-ga; täpsus on sarnane algsele, kuid ei ühildu esimesega vahetuste ja pöörete puhul. Jälgija-vaatleja on orienteeritud (muidugi mentaalselt võib kõik asümmeetrilised objektid olla soolatud) molekuli poole või siis molekul orienteeritud peegelkaksikute paigutamisele. On tavaline, et vaatleja näeb, et süsiniku näited selle kohta on meie kingad ja kindad, vasakpoolne keskosa on "varjutatud" noorima asendaja (N) poolt ja mille parempoolsed figuuripaarid sobivad vastavalt ja kui samal ajal. aeg järjestikuse laulu trajektoor vasakule ja paremale peegeldub -kahekordne lõplik üleminek vanimalt kõige nooremasse (mida ei varja meie üldiselt tasapinnalised sümmeetrilised) asendajad (st esimesest numbrist kujunditeni. Kristallograafid mitu sajandit tagasi kuni järgmine) on sarnane kellaosuti liikumisega, märkis peegel-like levimust siis on konfiguratsioon absoluutselt õige (r), kui anorgaanilises maailmas on kaks enantiomorfset vormi suu, siis on see absoluutselt vasak (l). vasak- ja parempoolsed kvartsi, turmaliini, kaltsiidi kristallid (Islandi spar). Olles tutvustanud ideid absoluutselt vasak- ja parempoolsete konfiguratsioonide kohta, peame hoiatama peegelisomeeria, enantiomeeria eest selle absoluutsuse orgaanilises relatiivsuses. Zerce keemilised operatsioonid on väga levinud nähtus. cal peegeldus vastab P – inversioon ko- Selle avastamise prioriteet minevikutabeli keskel- objekti kõigi aatomi- ja subatomaarsete osade ordinaadid. mine kuulub silmapaistvale prantslasele Louis Pas- Kuna aga Theuri, kes juhtis tähelepanu aatomi (elektronid) ja subatomaarsete osakeste (kvargid, kaalium-ammooniumviinasoolade kristallide gluovormid) peegelsarnasusele, sisemine struktuur on teadmata, füüsika tehet P täiendavad foorhapped. Pasteuri nime seostatakse laengukonjugatsiooni C väikese operatsiooni moodustamisega - stereokeemia, mis põhineb laengute vastandmärkidega sim- muundumisel ning kogu molekulide geomeetrial ja asümmeetrial, nende struktuuril (kujul) ja muudel antipoodidel. aatomi kvantkarakteristikud – kolmemõõtmelises ruumis. Oluline verstapost (prootonid, neutronid, elektronid) ja subatomilise stereokeemia arengus oli 1874. aastal välja pakutud osakeste (kvargid, gluoonid), samuti Ya toimimine. Van't Hoff ja J. Le Bel tetraeedriline inversioon objekti kõigi komponentide liikumissuundadest (süsinikuaatomi impulss ja mudel. Kui impulsi kõige lihtsamas karbonamendis) on korood, mille kuju on sarnane high-symto- ry vastab aja ümberpööramisele T. Poetomeetriline tetraeeder, - metaanvesiniku aatomid, tegelik piirav inversioon on järjestikuste asendamine (asendamine) teiste aatomitega - kombineeritud CPT-operatsioon. Sellest järeldub aatomirühmade ja rühmade vahel, et sümmeetria, mis on algse, näiteks tekkivate molekulide absoluutne antipood, väheneb kiiresti. Pärast r-molekuli peab olema selle l-partner, kuid kolmest sellisest protseduurist koosnedes on antiaine tetraeedrilise süsinikuga ja ajas ning vastupidiselt liikuva tsentriga juba ühendatud neli erinevat asendajat. Ideid P-, C- ja T-operaatorite kombineerimiseks ygTspzyZau g.i. ezyYyyEkDbaTs lnkyTsza a oike eigTsdmg ykYDzauTsldap lyTSSazTszav 47 sümmeetriat kuuluvad G. Lüdersile ja W. Paulile, et ühineda lõpmata sümmeetriliseks sfääriks, siis kõik (1954–1955). algobjekti sümmeetriaelemendid on degradeerunud tänu hiiglaslikele võimalustele varieeruda täielikult, st aatomite ja aatomirühmade asümmeetriline "liitmine", mis on võimeline siduma, muudab süsinikuga täiuslikult sümmeetrilise (singleti), põhimõtteliselt lõputult realiseeritava objekti. enantiomeersete dublettide klass. Siiski ei tohiks eeldada, et asümmeetriliste süsinikutsentritega molekulide enantiomeeria on sümmeetriliste kujundite (molekulide) seas võimatu. mi. Märgime nende põhiomadust: meenutagem lihtsat seaduspärasust: kas peegel asümmeetriline süsinik või mõni muu aatom, konfiguratsiooniline isomeeria, tõeliselt võimatu tsenter saab paigutada asendajana objektide (molekulide) ridadesse, millel on igal ülisümmeetrilise objekti tipud (peal - sümmeetriatasandi siseelementide kvaliteet - nt tetraeeder, kuuba; tabel 1) ja isegi peegeldumine imemine σ (S1) ja/või peegelpeegeldus - Tabel 2 C2 C2 R L . . (CH 2) n (CH 2) n R, L-trans-tsüklookteenid R, L-trans-tsükloetüleenid C2 C2 C2 C2 C2 C2 Twistan R L Z Z -sümmeetria bifenüülid C2 Z Z R L -trifenüülmetaanid C3 L R C2 R Heksagelitseen L Spi vedrud, kruvid, kruvid, mutrid, poldid 48 lykylZldav jEkDbyZDnTsgzhv LmkzDg, ‹2, 1997 pöördteljed i (S2, 3, 4, ...). Kui sellised d peegelduvad, on need topoloogiliselt kiraalsed molekulid (nende kuju välispeegeltasapinnal on nans, sõlmed skeemil 4). kopeerida originaalobjektidega identsed objektid (vt graafik Siiski on jaotamise tava diagrammide 1, 2 ja tabeli 1 valguses ilmne). Vastupidi, kui R. Kahni, K. Ingoldi ja V. Prelonie objektide (molekulide) väljatöötatud struktuuri iseloomustab enantiomeersete konfiguratsioonide (σ, i) määramise reeglite puudumine, mida täiendavad nende järglased sisepeegli sümmeetriaelemendid Sn , kuid need on sümmeetrilised molekulide pöörlemise suhtes R- või L-ridadele, need on ringikujulised, spi- Cn (n = 2, 3, 4, ...), siis on sellised arvud alati R, L-dual ( kiraalsed) liikumised mööda (R) või lendamise vastu. Lihtsaim näide on järjestikuse jaotusega 1,3-dimetüül-3-cumu- (L) kellaosutid (tabel 1) ja kõik selle paaritu arvuga homoloogid, mis sõltuvad asendajate, süsiniku aatomite "vanemusest" (massist). lineaarses vooluringis. Tabelis 2 näidatud (skeem 3) ümber aatomi tsentri - meil on mõned R, L-dubletid suurest komplektist a, valitud tasapinnast - b (trans-tsükloetüleenid, molekulid, mis on pöörlemise suhtes sümmeetrilised. Tabel 2), kui minna ümber sõukruvide kontuurid - c , vin- Pange tähele, et neil pole tabelis üldse asümmeetriat - r, sõlmed - d. 2, diagrammil 4. on palju süsinikukeskusi. Tehnoloogias on bifenüülide ja trifenüülmetüülide molekulid sarnased ventilaatori labade, propellerite ja turbiini rootorite kujuga; Helikeeni molekulide kujundid on sarnased spiraalide, vedrude, kruvide, kruvide vasak- ja paremkeermega. 19. ja 20. sajandi vahetusel arutluse all oleva nähtuse lühikirjelduseks pakkus Lord Kelvin Trefoili sõlm (CH2)m, orienteeritud ja mitteminimaalse m = 66, termini "kiraalsus" (kreeka keelest χειρ - käsi). identsed rõngad Vene keeles kasutatakse selle mõiste kahte hääldus- ja kirjaviisi: kiraalsus ja skeem 4 kiraalsus. Autor eelistab koos füüsikutega esimest. Konjugeeritud operatsiooniga peegelpeegeldus (koordinaatide inversioon P) mo- Seetõttu rangelt võttes ei ole molekule - enantiomeersete dublettide komponente - kvalitatiivselt erinevat tüüpi molekulaarset kiraalsust. erinevad ainult ühe omaduse poolest - pro- Näiteks nimetatakse topoloogiliseks kiraalsuseks vastupidised märgid +(R) ja −(L) pöördenurga d diagrammil 4 on vaid valguse polarisatsioonitasandi struktuuri peegeldus. Kujutatud molekulide sarnased omadused on see, et antipoodaalsed (+, −) suhted on iseloomulikud ka nende üksikutele osadele, mida ei hoia koos magnetite, laengute ja muude kvantsidemete pooluste keemiline, vaid molekuli struktuuri topoloogia. ahelad (aatom- ja subatomaarsete osakeste omadused. Sellised tenanid), suletud spiraalid ja sõlmed; nende kiraalset suhet nimetavad füüsikud kiraalseks süm- (R, L) vormiks on üsna sarnane propellemeetrilisele vormile. kraav – sisse ja spiraalid – g. Seetõttu on kõik ülaltoodud molekulide kiraalsuse tüübid tänu sünteetiliste keemikute jõupingutustele kvantitatiivselt ühtlaselt: märk (+, −) ja kvantifitseeritud stereostruktuuri probleemidega viimase aja jooksul polarisatsioonitasandi pöördenurga aste aastakümnete jooksul on saanud tuntuks ja kättesaadavaks väga erinevatel valguse lainepikkustel. arvukad, sealhulgas eksootilised, tüüpi ki- Samas on teada ka see, et polüraalsetel molekulidel (vt tabel 2 ja skeem 4). On aktsepteeritud, et tsentraalselt kiraalsete (r või l) ami- arvestades, et kiraalsete keemiliste hapete, ribonukleotiidide, ülejäänud ühendite kogukiraalsus jaguneb vastavas polümeeris (valk, DNA) viide tüüpi, ei saa hinnata. sümmeetriliste struktuuritunnustega : üksikute chia triviaalse liitmise teel – kiraalse tsentriga molekulidel pole ühikulisi relatsioone: Σrn(ln) . See summa "maht- puuduvad sümmeetriaelemendid, välja arvatud element letsya" spiraalne (spiraalne) kiraalsusidentiteet C1 (näited - aminohapped (ala- makromolekulid, millel on oma märk (+R h, −Lh) ja nin skeemil 3) ), suhkrud-süsivesikud ); absoluutväärtus, b – tasapinnalised-kiraalsed sümmeetria molekulid Nr (l) ∑ l (r) ⊂ R (L). h h C1 ja/või C2 (valitud struktuurielemendiks on tasapind n n (1) luu, näideteks on tabelis 2 toodud trans-tsükloetüleenid); Asjaolu, et Akiva – aksiaalselt kiraalsete molekulide regulaarne ortokondensatsioon sümmeetrilistest benseenirõngastest viib ka spiriumi Cn tekkeni (on propellerite või haakristide, raalhelikeenide kujuga (tabel 2), ainult kinnitatud näited – twistane , bifenüül, trifenüülmetaan in üldreegel: ja tabeli 2 ringühendus jne); sobiva struktuuriga akiraalsed monomeerid ja d – spiraalkiraalsed sümmeetria molekulid kiraalsete (ainult r C2 (iseloomulik kuju on heeliks, näideteks on heksa- või ainult l) ühikute lineaarne polükondensatsioon viivad automaatselt spigelitseeni tabelis 2, valgud, DNA); polümeeri raalvorm. Võib oletada, et ygTspzyZau g.i. Selliste makromolekulide 49 reas realiseerub teatud kiraalsuste sümmeetria, mis vastab konfiguratsioonile Sn, konfiguratsiooniliselt ühemõtteline (singlet), stereostruktuuri tasandite hierarhia. Näiteks per- kuna nende sisemine struktuur on P-paaris. Hemoglobiini struktuuri objektiivsed, sekundaarsed, tertsiaarsed ja kvaternaarsed tasemed, millel puudub struktuuri sisemine P-paarsus, on ilmselgelt iseloomulikud (ilma sümmeetriaelementideta Sn), on alati segatud järjestustega "pesastatud-kujundlikult kaks -väärtuslik (topelt, vasak + kiraalsused” tüüp (1) üksikute kiraalsuste summa). Selleks, et saada P-paarisobjektilt selle kaasaminohapped polüpepia spiraalsesse kiraalsusesse, piisab ühest Pσ(i)-operatsioonist, kuid nende kahe kopeerimiseks P-paaritu "globulaarsesse" kiraalsusesse. Objekti jaoks on vaja kahte tertsiaarset taset, lõpuks, need kolm - ühendatud gloobulite kvarteti (tetraeedri) "ülijärjestikulisteks P-operatsioonideks: lekulaarne" kiraalsus. Siit, muide, järeldub, et lisaks loetletutele tuleks arvesse võtta ka polümeeride ja nende kaaslaste stereokeemiat.Pange aga tähele, et mitte kõigil meie ümber ei ole ka “kerast” - e ja “supramolekulaarset” meist. elav ja elutu loodus P-odd” – kiraalsuse tüübid. Just järgmistest objektidest saate hõlpsasti leida kaksikpartnerite vasakpoolsed või paremad primaarsed (struktuurilised) ülemised konfiguratsioonid, näiteks makromolekulide metsas mängivad valitud puu organiseerituse tasemed või kivi rusuhunnikust. Märkigem veel, et nende toimimises organismis on määrav roll selles, et kiraalne sümmeetria on absoluutselt (100%) oluline. Seega viiakse biokeemilised reaktsioonid orgaaniliste ensüümide P-paaritute molekulide osalusel tõhusalt läbi ainult ühendites, mis on osa kõigist elusorganismidest, kui meie planeedil on varem toimunud kommid. Kui need on aminohapped, jääb ainult nende molekulide selektsioon (l); kui suhkrud on süsivesikud, siis ainult reagentide ja substraatide jahedus, funktsioonid config-right (r); kui need on biopolümeerid, siis need on spiraalid, millest (millest “figuurid”) on ideaalis, kuid ainult paremale keeratud (valgud, DNA). See on kooskõlas vastava mustri, mida nimetatakse kiraalseteks asümmeetrilisteks õõnsusteks ensüümgloobulites, kontuuride ja kujuga. Biosfääri igapäevased anariad olid ka esimesed, kes juhtisid L. Pasteuri välja pakkunud D. Koshlandi tähelepanu sellisele täienduse logile. elas võtme ja luku vastavust arvesse võttes. ganTskDnmkD dakDguzD DlaeeTsnka 1. Üldine orgaaniline keemia: Trans. inglise keelest M.: Keemia, teeme eelneva kokkuvõtte. See artikkel on enne 1981.–1986. T. 1–12. eesmärk peaks olema näidata, et piiritu kohta per- 2. Zhdanov Yu.A. Süsinik ja elu. Rostov n/d: Kirjastuse vaade orgaanilise keemia materjalile lihtsam kui Vene Riiklik Ülikool, 1968. 131 lk. navigeerimiseks, kui valdad graafiku põhimõtteid- 3. Tatt U. Graafiteooria. M.: Mir, 1988. pildid molekulide struktuuri kõige üldisematest omadustest, samuti nende hindamise põhimõtted 4. Sokolov V.I. Sissejuhatus teoreetilistesse stereokonfiguratsioonidesse – kujundid kolmemõõtmelises ruumikeemias. M.: Nauka, 1982; Edusammud keemias. 1973. T. 42. ve - sümmeetria ja asümmeetria ideede põhjal. Po- lk 1037–1051. viimased sisaldavad ideid peamiste 5. Nogradi M. Stereokeemia. M.: Mir, 1984. sümmeetria kõlarid: tasapinnad, teljed ja peegel- 6. Hargittai I., Hargittai M. Sümmeetria nende keemikute tuvastamisel kasutatavate pöörlevate telgede silmade kaudu. M.: Mir, 1989. molekulide struktuuri sisemised tunnused, mis 7. Filippovitš I.V., Sorokina N.I. // Teeme edusamme. Need määravad nende välimuse, kuju ja lõpuks bioloogia. 1983. T. 95. lk 163–178. nende kõige olulisemad omadused. Molekulide sümmeetrilisteks ja * * * asümmeetrilisteks “sorteerimisel” on eriline roll peegelpeegelduse operaatoril – koordinaatide inversioon Lev Petrovitš Olehnovitš, keemiateaduste doktor R. Operaator Pσ kõikide osade koordinaadid (atouk, professor, keemiaosakonna juhataja looduslikust ja mov) objektist, mis asub Rostovi go-lennuki valitud kõrgmolekulaarsetest ühenditest vasakul, paneb selle ühemõtteliselt kirja kooperatiivülikooli juht. keemiateaduskonna ja füsioloogiainstituudi molekulide sisedünaamika ümberpööratud (peegeldunud) objekti dinata labor sellest tasapinnast paremal. Operaator Pi teostab Vene Riikliku Ülikooli sic ja orgaanilist keemiat, vastav termin on Venemaa Loodusteaduste Akadeemia suhte-pondendi sarnane koordinaatide inversioon. vaid punkt, mis on valitud väljaspool objekti (lihtne on välja mõelda Teaduslike huvide valdkond: orgaaniline süntees ja kontrollida, et Pi operaatori, ka molekulaarsete ümberkorralduste kineetika ja mehhanismide toimel on objekti peegelduubel saadud, kuid kontrollitud, stereokeemia ja stereodünaamika. Kaasautor 180°). Objektid (molekulid), kaks monograafiat ja enam kui 370 teadusartikli autor. 50 meeldimist Zldav yEkDbyZDnTsg'zkhv LmkzDg, nr 2, 1997