Презентация на тему: На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам

На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам
1/89
Средняя оценка: 4.9/5 (всего оценок: 10)
Код скопирован в буфер обмена
Скачать (15427 Кб)
1

Первый слайд презентации

На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам почв был сделан вывод о нахождении на поверхности почвенных частиц гелевого слоя, обладающего определенным набором свойств. Он способен взаимодействовать с водой, включая ее в свой состав, т.е. способен набухать. Кроме того, при взаимодействии с водой его свойства изменяются. Об свидетельствуют : наличие НО и его изменение под влиянием различных факторов; заполнение мелких капилляров гелем; изменение взаимодействия почв с водой от их влажности; наличие гистерезиса в зависимости активности почвенной влаги от влажности; сложная зависимость потенциала течения от времени фильтрации; повышение удельного электросопротивления почв от времени после добавления воды.

Изображение слайда
2

Слайд 2

Для того чтобы получить представления о строении почвенных гелей мы рассмотрели теории возникновения гелей – теории агрегации из коллоидной химии. Однако с позиций классической коллоидной химии, с позиций того, что почвенные гели представляют собой ПКС объяснить полученные результаты не удалось. Единственным неучтенным с позиции своего участия в образовании почвенных гелей компонентом оставалась органическая составляющая – гумус. Он никак не рассматривался отдельно при анализе поведения коллоидной составляющей почв и воспринимался, либо как коллоидные частицы, либо как адсорбированные на частицах молекулы. При этом расчеты показали, что почвенные гели набухают по законам, характерным для полимеров. Возникло предположение, что гумус может существовать в почвах в виде студня.

Изображение слайда
3

Слайд 3

Электронно-микроскопическое изображение частицы илистой фракции дерново-подзолистой почвы. Увеличение 25000х. коллоидные частицы гумусовый студень перетяжки, образовавшиеся при усадке гумусового студня

Изображение слайда
4

Слайд 4

Электронно-микроскопическое изображение илистой фракции дерново-подзолистой почвы Подобный подход позволял объяснить многие экспериментальные результаты, но строение гумусового студня было неизвестно. И, чтобы его понять, необходимо было обратиться к науке о полимерах.

Изображение слайда
5

Слайд 5

Дальнейшие экспериментальные исследования показали, что в гумусовом студне наблюдается сегрегация органического вещества, на первый взгляд, очень похожая на микрофазное расслоение, наблюдаемое в полимерных системах.

Изображение слайда
6

Слайд 6

Изображение слайда
7

Слайд 7

Изображение слайда
8

Слайд 8

Изображение слайда
9

Слайд 9

Изображение слайда
10

Слайд 10

Изображение слайда
11

Слайд 11

Затем мы рассмотрели различные возможности возникновения наноструктур в полимерных системах и в водорастворимых полимерных системах. Можно было полагать, что эти механизмы могут быть ответственны за возникновение наноструктур в гумусовом студне. Однако с изложенных выше «полимерных» позиций невозможно было объяснить возникновение фрактальных структур в гумусовом студне, которые в ряде случаев наблюдаются экспериментально, а также наблюдаемое перемещение выделившихся при расслоении областей и объединение их друг с другом. При микрофазном расслоении гидрофобные участки не могут перемещаться по полимерной матрице и собираться вместе. Они возникают при взаимодействии сегментов одного вида в клубках различных макромолекул и не могут обладать подвижностью. Это заставило нас искать другие объяснения для наблюдаемых явлений.

Изображение слайда
12

Слайд 12

Изображение слайда
13

Слайд 13

Изображение слайда
14

Слайд 14

Изображение слайда
15

Слайд 15

Для того, чтобы лучше понять происходящие процессы и их механизм, необходимо получить информацию о том, что представляют из себя гумус и гумусовые вещества. Гумус – на латинском языке – земля, почва; на русском синоним этого термина – перегной, т.е. темное органическое вещество, образующееся в результате биохимического превращения растительных и животных остатков в почве и влияющее на многие свойства почв и их плодородие. Термин «гумус» вошел в научный оборот еще во времена Древнего Рима. Уже на первых стадиях развития земледелия было замечено, что гумус играет очень существенную роль в плодородии почв. Поэтому, известные римские ученые-агрономы Катон, Варрон, Колумелла, Плиний рекомендовали вносить гумусовые вещества (остатки перегнивших растений и животных) в почвы для поддержания их плодородия.

Изображение слайда
16

Слайд 16

Почвовед и химик Карл Шпренгель выделил из перегноя и торфа методом щелочной вытяжки гуминовую кислоту, которую осадил кислотой, определил, что углерод содержится в ней в количестве 58%. Далее, шведский ученый Берцелиус разделил по разной способности растворения гумусовые вещества почвы на гуминовую, креновую и апокреновую кислоты и гумин – нерастворимую углеподобную часть гумусовых веществ. Позднее Геррит Ян Мульдер произвел дальнейшее исследование гумусовых веществ. Он предложил следующую схему выделения их из почвы: почва обрабатывается щелочным раствором несколько раз, пока вытяжка не перестает заметно окрашиваться. В раствор переходят гумусовые кислоты, в почве же остается нерастворимый перегной (гумин). Из раствора осаждается соляной кислотой в виде темно-бурого хлопьевидного объемистого осадка гуминовая кислота, в растворе же остаются фульвокислоты, которые в дальнейшем осаждаются раствором уксуснокислой меди.

Изображение слайда
17

Слайд 17

Надо признать, что предложенная Мульдером схема разделения гумусовых кислот по их растворимости в щелочах и кислотах сохранились до наших дней. К настоящему времени принято, что гумус представляет собой совокупность всех органических соединений, находящихся в почве и не участвующих в построении растительных и животных остатков. Он состоит из специфических гуминовых веществ и неспецифических органических соединений. Неспецифические органические соединения представляют собой хорошо известные в биохимии вещества, поступившие в почву из разлагающихся растительных и животных остатков (углеводы, белки, полипептиды, аминокислоты, аминосахара, нуклеиновые кислоты, лигнин, воска, смолы, фосфолипиды и т.д.). Более подробная номенклатурная схема органического вещества почв (по Орлову) представлена на рисунке.

Изображение слайда
18

Слайд 18

Изображение слайда
19

Слайд 19

Длительное время считали, что специфические гуминовые вещества (ГВ) – это более или менее темноокрашенные, азотсодержащие высокомолекулярные соединения. Гуминовые кислоты (ГК) содержат (мас. %): 46-62 % С, 3-6 % N, 3-5 % Н и 32-38 % О. Это среднестатические пределы, а в индивидуальных препаратах возможны некоторые отклонения. Для фульвокислот (ФК) характерно более низкое содержание С - 36-44 %, в их составе 3-4,5 % N, 3-5 % Н и 45-50 % О, т.е. они отличаются от ГК пониженным содержанием углерода и повышенным содержанием кислорода. Кроме этих четырех элементов ГК и ФК практически всегда содержат серу, фосфор и катионы различных металлов. Содержание серы составляет десятые доли процента, иногда до 1,0-1,2 %, фосфора – сотые и десятые доли процента.

Изображение слайда
20

Слайд 20

Гипотетический структурный фрагмент гумусовых кислот почв (по Орлову)

Изображение слайда
21

Слайд 21

Следует отметить, что практически все методы исследования гумуса почв основаны на его разрушении до фрагментов и изучении полученных фрагментов. Классификация ГВ тоже базируется на этом принципе. В связи с этим одним из основных вопросов химии гумуса является вопрос о времени возникновения изучаемых фрагментов – они реально существуют в гумусе в качестве самостоятельных структурных единиц и при обработке теми или иными растворителями выделяются из почв, или они возникают в процессе разрушения гумуса при его обработке кислотами, щелочами или органическими растворителями? И.В. Тюрин и его ученики в своих работах пришли к заключению, что в естественных условиях гумусовые кислоты связаны между собой в форме «полимерных комплексов», образуемых по способу сложных эфиров и легко гидролизуемых в процессе выделения.

Изображение слайда
22

Слайд 22

Л.Н. Александрова на основании дробного осаждения гуминовых кислот с использованием катионов разной валентности и разделения фульвокислот по способности диффундировать через целлофан развивала взгляд на фульвокислоты, гуминовые кислоты, гиматомелановые кислоты и битумы как на сложную систему полимерных гетерогенных соединений, тесно ассоциированных друг с другом и отличающихся различной степенью дисперсности, уменьшающейся от группы фульвокислот к гуминовым кислотам. То есть она предполагала существование в гумусе этих соединений. Аналогичной точки зрения в течение длительного времени придерживались как наши, так и зарубежные исследователи.

Изображение слайда
23

Слайд 23

Одна из причин восприятия ГВ как веществ с высокой молекулярной массой, лежит в исторических гипотезах, что ГВ продукты биологического преобразования лигнина, полифенолов, целлюлозы, и аминокислот. Однако прямых доказательств реализации этих процессов в почвах не было. Представление о ГВ как о полимерах включало понятие полидисперсности, в котором ГВ воспринимают как полимеры с различными молекулярными массами так, как это принято для биологических макромолекул – белков, полисахаридов и лигнина. Экспериментальные трудности, с которыми сталкиваются при выделении химически гомогенных фракций ГВ, были подобны тем, которые наблюдали для биополимеров, синтезируемых в живой клетке. Это подобие поддержало восприятие ГК как полидисперсных полимеров. Понятия полимерности и полидисперсности стали основной частью представлений о ГВ.

Изображение слайда
24

Слайд 24

Несмотря на недостаток доказательств, ряд причин принудили научное сообщество начать воспринимать ГВ как полимеры. Одна из них состоит в принятии описания Штаудингера макромолекулярных полимеров, образующихся в живых клетках. На основании этого оказалось удобным предположить, что ГВ были также полимерами, биологически синтезируемыми из растительных тканей, несмотря на то, что ГВ являются результатом некроза клеток, а не биосинтеза в клетках, как происходит с биомолекулами. Быстрый распад и разложение в почве биополимеров, освобожденных из клеток после их смерти, являются теперь общепринятыми процессами и с биологических, и с термодинамических позиций.

Изображение слайда
25

Слайд 25

Вторая причина для принятия понятия полимерности состоит в стабильности полимерной структуры, объясняющей устойчивость ГВ в почве без привлечения положений о физической и химической защите, как, например, при взаимодействии с неорганическими частицами почвы. Существование органического углерода в устойчивых гуминовых материалах в почве, как известно, составляет сотни и тысячи лет. Кроме того, классическая гипотеза формирования ГВ через конденсацию между аминокислотами и компонентами деградированного лигнина Ваксмана поддержала предположение, что у ГВ полимерная структура, как у лигнина. Лигнин, как известно, полидисперсен, с величиной молекул от 1000 до нескольких миллионов Дальтон, и его сопротивление микробной деградации в почве неоднократно приписывалось его макромолекулярным структурам.

Изображение слайда
26

Слайд 26

Другой причиной полимерного восприятия ГВ являются их коллоидные свойства, которые сходны с таковыми для полиэлектролитов в водных средах. Большинство свойств полиэлектролитов, таких как флокуляция и диспергирование, в ответ на электролиты, и поведение двойного слоя также характерно для ГВ, и таким образом понятие высокомолекулярности было приписано ГВ. Исследование ГВ осложнялось тем, что при проведении измерений оперировали не с молекулярными массами макромолекул, а с характеристиками, либо диссоциированных, либо ассоциированных систем. В соответствии с концепцией Л. Н. Александровой считалось, что необходимо различать два типа полидисперсности гуминовых кислот. Истинную полидисперсность, обусловленную одновременным присутствием в составе гумуса ГВ различных размеров, и вторичную полидисперсность, обусловленную способностью ГВ образовывать ассоциаты за счет водородных связей или межмолекулярного взаимодействия.

Изображение слайда
27

Слайд 27

Первая, по мнению многих исследователей, не должна зависеть от состояния вещества, состава и концентрации растворов, тогда как на степень образования ассоциатов влияют ионная сила растворов, рН, присутствие поливалентных катионов и концентрация раствора. Экспериментально различить два вида полидисперсности, как правило, не удавалось, хотя это считалось очень важным для оценки свойств и поведения гумусовых кислот. При изучении гуминовых кислот первоначально предполагали наличие лишь единственной стадии молекулярного агрегирования (с образованием ассоциатов макромолекул полимеров). Критическим параметром, определяющим закономерности агрегирования в этом случае, является концентрация молекул гуминовых кислот в жидкой среде. Значения критических концентраций агрегирования определяют, чаще всего, методами оптических исследований.

Изображение слайда
28

Слайд 28

Из спектров флюоресценции (длина волны возбуждения – 468 нм) для разбавленных растворов с концентрациями гуминовой кислоты от 1 до 100 мг/л следует, что при самых малых концентрациях, на монотонном «фоне» спектров отчетливо виден изолированный пик. С ростом концентрации интенсивность «фона» начинает быстро расти, а высота пика – быстро убывать.

Изображение слайда
29

Слайд 29

Изменения, связанные с самоассоциацией молекул, заметны уже при столь малых концентрациях как 1 мг/л, а завершение данной стадии агрегирования происходит при концентрациях, не превышающих 15-20 мг/л. Агрегирование в растворах гуминовых кислот при концентрациях 10-30 мг/л наблюдали и другие исследователи. При этом считается, что формирование наноколлоидов гуминовых кислот происходит посредством нековалентных взаимодействий. Процессы агрегирования начинаются со стадий формирования устойчивых – димеров, тримеров и т.д. Использование малоуглового рассеяния нейтронов показало, что первичные частицы наноколлоидов размером несколько нанометров формируют фрактальные кластеры размером несколько десятков нанометров (60-80 нм).

Изображение слайда
30

Слайд 30

Все эти данные подтверждали очень сильное стремление ГВ к ассоциации с образованием различных структур, а обнаружение в фульвокислотных вытяжках частиц с минимальным размером 2-5 нм, а в растворах ГК – 8-13 нм позволяло предположить, что для них характерны именно эти размеры. В настоящее время не удалось получить ответ на главный вопрос: что выделяется из почв при переводе ГВ в раствор – реально существующие макромолекулы или продукты деструкции иных органических образований.

Изображение слайда
31

Слайд 31

Однако ряд экспериментальных данных усложняет представления о ГВ еще больше: Установлено, что происходит отщепление фрагментов гумусовых полимеров и восстановление их строения путем встройки фрагментов, подобных отщепленным, в гумусовую матрицу. Установлено, что при деструкции гуминовых кислот образуются в том числе и фульвокислоты. При внесении в почву ГК определенной молекулярной массы последующее извлечение гумуса из почвы показывает, что в почве снова находится весь спектр полимеров по молекулярной массе, а обогащения ГК с молекулярной массой, соответствующей внесенным ГК, не наблюдается.

Изображение слайда
32

Слайд 32

Показано, что при замораживании в почвах резко возрастает количество ГК и гуминов – гумусовых веществ, прочно связанных с неорганической составляющей почв. Установлено существование сезонной динамики гумуса в почвах. При этом в ряде случаев при практически неизменном содержании углерода в почвах отношение С ГК / С ФК может изменяться в несколько раз за месяц. Выяснено при изучении состава гумуса дерново-подзолистой супесчаной почвы в годичном цикле, что суммарное содержание ФК изменялось в обратном отношении с содержанием ГК.

Изображение слайда
33

Слайд 33

В последнее десятилетие за рубежом появились и стали общепринятыми новые, принципиально иные подходы к строению ГВ. Там отвергаются существующие традиционные представления о том, что ГВ имеют полимерную природу. На основе экспериментальных данных, полученных с использованием большого числа современных методов, показано, что гумусовые вещества – ассоциаты относительно низкомолекулярных компонентов, возникающих при деградации и разложении биологического материала, динамически объединенных и стабилизированных, в основном, слабыми связями. Именно это является главным в структуре гумусовых веществ. Они представляют собой супрамолекулярные структуры, построенные по принципу «гость-хозяин», стабилизированые, в основном, слабыми, а не ковалентными связями. Гидрофобные, Ван-дер-Ваальсовы, π - π, CH - π и водородные связи ответственны за большой размер молекул гумусовых веществ.

Изображение слайда
34

Слайд 34

Супрамолекулярная химия Химия – наука о материи и ее превращениях. Химия создает структуры с разнообразными свойствами и разрабатывает процессы для синтеза этих структур. По своим методам химия – наука о взаимодействиях и превращениях, наука, базирующаяся на моделях. Молекулярная химия утвердилась в своей власти над ковалентной связью. За пределами молекулярной химии, основанной на манипулировании ковалентными связями, простирается область супрамолекулярной химии, которая призвана подчинить себе межмолекулярные связи. Супрамолекулярная химия – следующий шаг в направлении усложнения изучаемых систем от молекул к супермолекулам и организованным полимолекулярным системам, удерживаемым вместе нековалентными взаимодействиями.

Изображение слайда
35

Слайд 35

Изображение слайда
36

Слайд 36

Изображение слайда
37

Слайд 37

Взаимодействия молекул лежат в основе высокоспецифических процессов распознавания, реагирования, транспорта, регуляции – процессов, встречающихся в биологических системах. К числу таких процессов относятся связывание субстрата с белком-рецептором, ферментативные реакции, иммунологическая ассоциация антиген – антитело, матричный биосинтез, трансляция и транскрипция генетического кода, проникновение вируса в клетку, распознавание на клеточном уровне и т. д. Супрамолекулярная химия – междисциплинарная область науки, включающая химические, физические, биологические аспекты рассмотрения более сложных, чем молекулы, химических систем, связанных в единое целое посредством межмолекулярных (нековалентных) взаимодействий.

Изображение слайда
38

Слайд 38

Корнями супрамолекулярная химия уходит: в органическую химию – науку о синтезе молекул; в координационную химию, изучающую комплексы ион металла – лиганд; в физическую химию, экспериментально и теоретически изучающую взаимодействия; в биохимию, рассматривающую биологические процессы, каждый из которых начинается с распознавания и связывания субстрата; в материаловедение и науку о механических свойствах твердых тел. Отличительная особенность супрамолекулярной химии – широкий спектр возможностей, открывающихся из-за взаимообогащения химии, биологии, физики. Она охватывает разнообразные явления из различных областей – от физики организованных конденсированных фаз до биологии больших молекулярных ансамблей.

Изображение слайда
39

Слайд 39

Изображение слайда
40

Слайд 40

В любой области науки новое связано со старым. Вспомним работы Пауля Эрлиха, который провозгласил, что молекулы не реагируют друг с другом, если не вступают в связь, тем самым введя понятие рецептора. Причем связывание должно быть не любым, а селективным. Это подчеркивал Эмиль Фишер еще в 1894 г., сформулировав очень образный принцип «ключ-замок» – принцип, предполагающий, что в основе молекулярного распознавания лежат стерическое соответствие, геометрическая комплементарность рецептора и субстрата. Три понятия – фиксация (связывание), распознавание и координация – заложили фундамент супрамолекулярной химии.

Изображение слайда
41

Слайд 41

Термин «супрамолекулярная химия» и основные понятия этой дисциплины были введены Жан-Мари Леном в 1978 г.. Супрамолекулярная химия определялась в них следующим образом: «Подобно тому, как существует область молекулярной химии, основанной на ковалентных связях, существует и область супрамолекулярной химии, … изучающей организованные ансамбли более высокого уровня сложности, такие как ассоциаты двух (и более) молекул, удерживаемые межмолекулярными силами». Для того чтобы определить химические объекты, необходимо указать составляющие их элементы и типы связей между элементами, а также пространственные характеристики. Объекты супрамолекулярной химии, супермолекулы, обладают такой же определенностью, как и составляющие их отдельные молекулы. «Супермолекулы представляют собой по отношению к молекулам то же, что молекулы по отношению к атомам, а роль ковалентных связей в супер-молекулах играют межмолекулярные взаимодействия».

Изображение слайда
42

Слайд 42

Таким образом, супермолекулы представляют собой следующий уровень сложности организации материи, после элементарных частиц, ядер, атомов и молекул. Остановимся подробнее на связях, обеспечивающих возникновение и существование супрамолекулярных соединений. Водородная связь возникает между электроотрицательным атомом, имеющим неподеленную электронную пару, и атомом водорода, который химически связан с другим электроотрицательным атомом и имеет избыточный положительный заряд. элементарная частица – ядро – атом – молекула – супермолекула – супрамолекулярный ансамбль – …..– клетка – ….. – организм

Изображение слайда
43

Слайд 43

Водородную связь схематически можно изобразить как: R 1 — A — H …. D — R 2, где R 1, R 2 – радикалы, А и D – электроотрицательные атомы (фтор, кислород, азот, иногда хлор или сера). Двумя точками показана пара электронов. Водородная связь имеет электростатическую и донорно-акцепторную природу. Электростатическая компонента возникает за счет взаимодействия разноименно заряженных атомов (протона и электроотрицательного атома D ) и диполей, в состав которых они входят. Донорно-акцепторное взаимодействие возникает между электронной парой молекулы донора (: D – R 2 ) и свободной орбиталью молекулы-акцептора ( R 1 – A – H ).

Изображение слайда
44

Слайд 44

Водородная связь, подобно ковалентной, обладает насыщаемостью (каждый протон может образовать лишь одну такую связь) и направленностью: атомы, участвующие в связывании, должны быть определенным образом сориентированы, что накладывает на структуру комплекса, образованного водородными связями, пространственные ограничения, одновременно повышая селективность распознавания. Энергия водородной связи колеблется от 1 до 15 ккал/моль, составляя в среднем 5-10 ккал/моль: она примерно на порядок сильнее Ван-дер-Ваальсовых взаимодействий и на порядок слабее ковалентной связи. Координационная связь – это связь, образованная за счет электростатических и/или донорно-акцепторных взаимодействий молекул друг с другом или с ионами. В большинстве комплексов различают внутреннюю и внешнюю сферы. Центральный атом (ион) внутренней сферы является комплексообразователем, а координированные вокруг него молекулы (ионы) – лигандами.

Изображение слайда
45

Слайд 45

По заряду лигандов комплексы делят на анионные (отрицательно заряженные лиганды), катионные (положительно заряженные лиганды) и нейтральные. В последнем случае лиганды – это нейтральные молекулы, либо молекулы и анионы вокруг комплексообразователя-катиона. Координационная связь насыщаема и направлена. Число и пространственное расположение лигандов вокруг координационного центра определяется его электронной структурой. Интенсивность координационной связи варьируется в очень широких пределах: от 1-2 ккал/моль, что сопоставимо с энергией тепловых флуктуаций до 100 ккал/моль – как у ковалентной химической связи. Такое сочетание интенсивности и характера координационной связи делает ее удобным инструментом для химически программируемой самосборки наноструктур.

Изображение слайда
46

Слайд 46

Изображение слайда
47

Слайд 47

Электростатические взаимодействия возникают между ионами и (или) полярными молекулами, отдельные атомы или группы атомов которых несут положительный или отрицательный заряд. Полярные молекулы являются диполями. Полярность возникает при связывании атомов, которые имеют различную электроотрицательность, т. е. способность удерживать электроны. Если из двух ковалентно связанных атомов один более электроотрицателен (в паре с углеродом или водородом это могут быть гетероатомы N, О, S, F, Cl и др.), он оттягивает на себя электронную плотность «соседа», связь поляризуется и превращается в диполь. При этом более электроотрицательный атом приобретает избыточный отрицательный, а менее электроотрицательный – избыточный положительный заряд. Например, диполями являются группы –О–Н, –С–О–, > N – H, > C = O, – C = N.

Изображение слайда
48

Слайд 48

Выделяют также Ван-дер-Ваальсовы и гидрофобные взаимодействия, но их мы уже рассматривали.

Изображение слайда
49

Слайд 49

π -стекинг – это особый тип межмолекулярных взаимодействий, характерный для ароматических соединений. π -стекинг имеет электростатическую природу и обусловлен особым характером электронной структуры ароматических молекул. Например, в молекуле бензола ( C 6 H 6 ), каждый атом углерода находится в состоянии s р 2 -гибридизации. Три sp 2 -орбитали лежат в плоскости кольца, образуя σ -связи с соседними атомами углерода и водорода. У каждого углерода остается еще одна негибридизованная 2р z -орбиталь, направленная перпендикулярно плоскости молекулы. Шесть таких π -орбиталей делокализованы, т. е. объединены в два π -электронных облака – над и под плоскостью, образованной ядрами атомов углерода и водорода. Благодаря этому между ароматическими фрагментами молекул может возникать как притяжение, так и отталкивание – в зависимости от их взаимной ориентации. Энергия такого взаимодействия составляет порядка 1-10 ккал/моль.

Изображение слайда
50

Слайд 50

Изображение слайда
51

Слайд 51

Аналогичную электростатическую природу имеет так называемый Т -стекинг, характерный, например, для пары бензол-толуол, где положительно заряженные атомы водорода метильной группы толуола взаимодействуют с π-электронным облаком бензола. По тому же механизму происходит и катион - π-связывание (взаимодействие между ароматическим фрагментом и катионом). Его энергия достигает 20 ккал/моль. Супрамолекулярные образования могут быть охарактеризованы пространственным расположением своих компонентов, их архитектурой, «супраструктурой», а также типами межмолекулярных взаимодействий, удерживающих компоненты вместе. Супрамолекулярные ансамбли обладают вполне определенными структурными, конформационными, термодинамическими, кинетическими и динамическими свойствами. Причем сила взаимодействий может варьировать в широком диапазоне– от слабых или умеренных (водородные связи) до сильных.

Изображение слайда
52

Слайд 52

Изображение слайда
53

Слайд 53

Селективное связывание определенного субстрата и его рецептора с образованием супермолекулы происходит в результате процесса молекулярного распознавания. Если помимо центров связывания рецептор содержит также реакционноспособные функциональные группы, он может влиять на химические превращения на связанном с ним субстрате, выступая в качестве супрамолекулярного реагента или катализатора. Липофильный, растворимый в мембранах рецептор может выступать в роли носителя, осуществляя транспорт, перенос связанного субстрата. Молекулярное распознавание, превращение, перенос – это основные функции супрамолекулярных объектов. Более сложные функции могут выполняться за счет скоррелированного действия одновременно нескольких фрагментов, участвующих в связывании.

Изображение слайда
54

Слайд 54

Современный передовой край исследований – это изучение самопроцессов – таких как самоассоциация, самоорганизация, воспроизведение, или репликация – и создание программируемых супрамолекулярных систем. Перечисленные явления предполагают наличие молекулярной информации и способность ее считывания. Последний термин вводит понятие, ставшее одним из краеугольных камней супрамолекулярной химии. Особо следует остановиться на использовании терминов «супрамолекулярный» и «супермолекула». Можно предложить использовать термин «супрамолекулярная химия» как более общий, охватывающий химию всех типов супрамолекулярных ансамблей, от хорошо определенных супермолекул до протяженных полимолекулярных ассоциатов. Супрамолекулярную химию можно в таком случае разделить на две широкие, частично перекрывающиеся области, в которых рассматриваются супермолекулы и супрамолекулярные ансамбли.

Изображение слайда
55

Слайд 55

Способность к молекулярному распознаванию определяется энергией взаимодействия и информацией, считываемой при селективном связывании субстратов с данной молекулой-рецептором. Простое связывание еще не есть распознавание, хотя иногда так и считают. Можно сказать, что распознавание – это целенаправленное связывание, подобно тому как рецепторы – это «целенаправленные лиганды». Распознавание осуществляется посредством структурно хорошо определенного набора межмолекулярных взаимодействий. Таким образом, молекулярное распознавание предполагает хранение (на молекулярном уровне) и считывание (на супрамолекулярном уровне) информации. Информация может быть закодирована в архитектуре рецептора, в его центрах связывания и в области лигандов, окружающих субстрат, считывание информации происходит со скоростью образования и диссоциации супермолекулы.

Изображение слайда
56

Слайд 56

Яблочная кислота Тартраты и винная кислота Щавелевая кислота Лимонная кислота

Изображение слайда
57

Слайд 57

Помимо своих размеров и формы, рецептор может быть охарактеризован размерностью, имеют значение также конформация, хиральность и динамические свойства. Центры связывания могут быть охарактеризованы своими электронными свойствами (заряд, полярность, поляризуемость, Ван-дер-Ваальсовы притяжение и отталкивание), размерами, формой, числом, а также пространственным расположением в структуре рецептора, равно как и своей реакционной способностью, которая может обеспечить протекание других процессов, сопряженных непосредственно со связыванием (протонирование, депротонирование, окисление и восстановление). Кроме того, устойчивость и селективность зависят от среды и являются следствием легко нарушаемого баланса между сольватацией и комплексообразованием.

Изображение слайда
58

Слайд 58

Наконец, в случае заряженных комплексов на устойчивость и селективность связывания заметно влияют зависящие от среды катион-анионные взаимодействия. Мы уже подчеркивали, что информация – одно из ключевых понятий супрамолекулярной химии, причем наиболее общее и фундаментальное, которое проходит красной нитью через всю эту область. В этом отношении супрамолекулярная химия может рассматриваться как химическая информатика, или молекулярная информатика, предметом изучения которой является хранение на молекулярном уровне и считывание и обработка на супрамолекулярном уровне информации, записанной в виде структурных и временных параметров молекул и супермолекул. Таким образом, мы приходим к понятию программируемых супрамолекулярных систем. Распознавание предполагает комплементарность (геометрическую и на уровне взаимодействий) партнеров, образующих ассоциат, т. е. оптимальное соотношение информации, которую несет рецептор, и информации, которую способен воспринять субстрат.

Изображение слайда
59

Слайд 59

В этом состоит обобщенный принцип двойной комплементарности, включающий в себя как геометрическое, так и энергетическое соответствие, что трактует комплементарность шире, чем принцип «ключ-замок» Эмиля Фишера, предполагавший только стерическое соответствие. Высокая способность рецептора к распознаванию определяется значительным различием в энергии его связывания с каким-либо выделенным субстратом по сравнению с любыми другими субстратами. Она приводит к резкому нарушению статистического распределения образующихся пар рецептор-субстрат. Для достижения больших различий в сродстве к рецептору разных субстратов необходимо выполнение нескольких условий:

Изображение слайда
60

Слайд 60

пространственная комплементарность между (форма и размер), т. е. наличие соответствующих друг другу выпуклых и вогнутых областей и их подходящее относительное расположение у рецептора и субстрата; комплементарность на уровне взаимодействий, т. е. присутствие комплементарных центров связывания (положительный/отрицательный заряды, заряд/диполь, диполь/диполь, донор/акцептор в водородной связи и т.д.) в подходящих участках рецептора и субстрата, так что достигается комплементарность распределения электронов и ядер (в электростатических и Ван-дер-Ваальсовых взаимодействиях, в водородных связях и т. д.); большая площадь контакта рецептора и субстрата, позволяющая обеспечить: - множественные взаимодействия нескольких центров связывания, так как нековалентные взаимодействия слабее ковалентных связей; - сильное суммарное связывание.

Изображение слайда
61

Слайд 61

Кроме того, значительную роль играют эффекты среды вследствие существования взаимодействий молекул растворителя; поэтому два партнера, участвующие в связывании, должны обладать геометрически комплементарными гидрофобными / гидрофобными или гидрофильными / гидрофильными участками. Особое значение для связывания субстрата и рецептора и для их динамических свойств имеет баланс между жесткостью и гибкостью. С одной стороны, можно ожидать, что конформационно жесткие рецепторы типа «ключ-замок» должны быть очень эффективными рецепторами, т.е. сочетать высокую устойчивость образующихся комплексов с высокой селективностью связывания. С другой стороны, гибкие рецепторы, которые подстраиваются к связываемому ими субстрату, могут быть высокоселективны, однако образующиеся комплексы будут менее стабильны из-за расходования части энергии связывания на изменение конформации рецептора.

Изображение слайда
62

Слайд 62

Итак, супрамолекулярная химия охватывает и позволяет рассмотреть с единых позиций все виды молекулярных ассоциатов, от димер до организованных фаз. При этом супрамолекулярные объекты обладают по сравнению с объектами, образованными только ковалентными связями, рядом преимуществ, обеспечивающих их широкое распространение в природе: Простота сборки. Супрамолекулярные ансамбли, особенно состоящие из многих тысяч молекул и имеющие сложную форму, гораздо легче собрать из небольших, одинаковых и относительно простых компонентов, чем химически синтезировать. Это относится, например, к биологическим и синтетическим мембранам, пленкам и т.п.; Селективность молекулярного распознавания. Рецептор, «выбирая» в сложном химическом окружении нужный субстрат, естественно, может оказаться в контакте и не с той молекулой. Селективность обеспечивается обратимостью ошибочного связывания ;

Изображение слайда
63

Слайд 63

Управляемость. Легкая подверженность супрамолекулярных структур внешним воздействиям позволяет контролировать их функционирование. В природе каталитические «способности» белков «включаются» и «выключаются» в нужные моменты изменением условий среды; Многократность использования. Не вступая в трудно разрушаемое химическое взаимодействие друг с другом, компоненты супрамолекулярного ансамбля не видоизменяются. Благодаря этому их можно многократно повторно использовать; Регенерируемость. При небольших повреждениях супрамолекулярные ансамбли легко восстанавливаются, достраивая свою структуру до термодинамически выгодной; Утилизируемость. Для разрушения супрамолекулярных структур нужны меньшие затраты энергии, благодаря чему их легко «разобрать» в случае необходимости.

Изображение слайда
64

Слайд 64

Изображение слайда
65

Слайд 65

Изображение слайда
66

Слайд 66

Валиномицин (1) и его комплекс с К + (2), дибензо-18-краун-6 (3) и его комплекс с Rb + (4)

Изображение слайда
67

Слайд 67

Сферанды (а) и криптосферанды (б)

Изображение слайда
68

Слайд 68

Изображение слайда
69

Слайд 69

Супермолекула рецептор-субстрат может быть охарактеризована своими геометрическими (структура, конформация), термодинамическими (устойчивость, энтальпия и энтропия образования) и кинетическими (скорости образования и диссоциации) параметрами. Многочисленные физико-химические исследования дали большой фактический материал о термодинамических и кинетических свойствах супрамолекулярных ассоциатов. Подобные данные были получены для многочисленных супермолекул, возникающих за счет взаимодействия нейтральных молекул с рецепторами. На распознавание существенно влияет среда, причем эффекты растворителя проявляются в значениях энтальпий и энтропии образования супермолекулярного ассоциата.

Изображение слайда
70

Слайд 70

Среда может оказывать заметное влияние на форму самих молекул-рецепторов. Изменение формы рецепторов, в свою очередь, может сильно сказаться на способности к связыванию субстратов. Примером могут служить амфифильные циклофановые рецепторы, подверженные в водных растворах действию гидрофобно-гидрофильных факторов. Проявления эффектов среды можно наглядно видеть, сравнивая кристаллические структуры твердых соединений. В качестве примера тому приведем две различные формы водорастворимой гексанатриевой соли макробициклического циклофана, имеющие совершенно различные кристаллические структуры: объемная клеточная структура 1 состоит из цилиндров, составляющих гексагональный узор; плоская структура 2 образует упакованные друг над другом молекулярные слои, разделенные слоями молекул воды.

Изображение слайда
71

Слайд 71

Различные формы водорастворимой гексанатриевой соли макробициклического циклофана

Изображение слайда
72

Слайд 72

Эти две структуры наглядно показывают, как среда может влиять на форму молекулы и как, в свою очередь, форма молекулы может быть связана с супрамолекулярной организацией среды. В частности, за счет гидрофобных эффектов может сильно деформироваться форма рецептора. Их важно учитывать при определении формы и функций биомолекул. В дополнение к традиционным характеристикам супермолекулы рецептор-субстрат (геометрия, термодинамика, кинетика) может быть также описана ее внутренняя динамика, ее динамическая когезия, т. е. согласованность молекулярных движений двух (или более) пространственно сопряженных фрагментов, из которых она состоит.

Изображение слайда
73

Слайд 73

Измерения ядерной релаксации дают информацию о суммарных и локальных молекулярных движениях, которые могут быть подразделены на реориентацию сегмента как целого и на движения внутри сегмента. Распространение методов исследования динамических свойств на процессы молекулярной ассоциации показало, что время жизни донорно-акцепторных комплексов может быть крайне коротким. Например, в супрамолекулярной паре флуорен-тринитробензол оно сравнимо со скоростью реориентации. В связи с этим возникает вопрос о том, что считать критерием образования комплекса или супермолекулы, т.е. каким должно быть минимально короткое время жизни данного образования, чтобы можно было выделить супермолекулу как самостоятельную единицу. Это минимальное время должно быть, по крайней мере, сравнимо со временем реориентации.

Изображение слайда
74

Слайд 74

Распространение исследований динамических свойств на супермолекулы показало, что для структурно комплементарных частиц характерно сильное динамическое сопряжение, т.е. движения обоих партнеров скоррелированы. Таким образом, комплементарность супрамолекулярных частиц проявляется как в пространственном, так и в динамическом соответствии. Сила или слабость связи движений рецептора и субстрата зависят от степени комплементарности. Введение динамических характеристик супермолекул аналогично описанию внутренних конформационных движений самих молекул. Такие характеристики позволяют дополнить описание структурных аспектов процессов молекулярного распознавания рассмотрением их динамики. Это – важный аспект рассмотрения проблемы, расширяющий наши представления.

Изображение слайда
75

Слайд 75

Супрамолекулярные ансамбли – это полимерные супермолекулы или полимолекулярные агрегаты. Как правило, супрамолекулярные ансамбли отличаются от би- или трикомпонентных супермолекул рядом характерных особенностей. В первую очередь они состоят из большого числа компонентов (от нескольких десятков и более), которое, зачастую, колеблется, приводя к одновременному формированию агрегатов разного размера и структуры. Распределение агрегатов по размерам может иметь несколько максимумов и различную ширину в зависимости от характера межмолекулярных взаимодействий, условий агрегации и структуры агрегатов. Супрамолекулярные ансамбли это – полимолекулярные образования, возникающие при самосборке. Супрамолекулярная самосборка заключается в спонтанной ассоциации нескольких или многих компонентов, приводящей к возникновению либо дискретных олигомерных супермолекул, либо мезофаз.

Изображение слайда
76

Слайд 76

Самосборка является многоступенчатым процессом с участием информированных и инструктированных компонентов одного или нескольких типов. Она может включать иерархическую последовательность стадий ассоциации. Для этого требуется обратимость событий образования связей, т.е. кинетическая лабильность и довольно слабое (в сравнении с ковалентным) связывание, для того чтобы было возможным в полной мере просканировать гиперповерхность энергии системы. Для самосборки требуются молекулярные компоненты, содержащие два (или более) центра взаимодействия и способные вследствие этого к образованию множественных связей. Образование супермолекул происходит в результате спонтанной ассоциации хорошо определенного конечного числа молекулярных компонентов, направляемой распознаванием, под контролем со стороны межмолекулярных нековалентных взаимодействий.

Изображение слайда
77

Слайд 77

Степень упорядочения молекул в мезофазе варьируется в зависимости от их концентрации, температуры, растворителя и других условий. Мезоморфная фаза может занимать часть системы, либо весь ее объем. Самокомплементарные компоненты ассоциируются сами с собой, претерпевая гомоассоциацию, в то время как комплементарные компоненты ассоциируются друг с другом, давая гетероассоциаты. Аллостерия, кооперативность и регуляция, три прямо взаимосвязанные явления, наблюдаются тогда, когда занятие определенного места приводит к изменениям характеристик связывания в других местах, облегчая его или затрудняя (положительная или отрицательная кооперативность). Самосборка может происходить с самораспознаванием, так что смеси компонентов дают совершенно определенные суперструктуры. В результате самоассоциации возникают многочисленные биологические супрамолекулярные структуры, и живые организмы дают пример вершины самоорганизации.

Изображение слайда
78

Слайд 78

Типичными примерами являются формирование вторичной структуры белков, спонтанное образование двойной спирали нуклеиновых кислот или белковых оболочек вирусов, а также многочисленных четвертичных архитектур белков.

Изображение слайда
79

Слайд 79

Изображение слайда
80

Слайд 80

Можно считать, что направляемые распознаванием самопроцессы представляют собой процессы переработки молекулярной информации. Необходимая для осуществления процесса информация должна храниться в компонентах, а алгоритмы (правила построения), по которым идут процессы, приводятся в действие за счет селективных молекулярных взаимодействий. Системы, обладающие такими характеристиками, получили название запрограммированных супрамолекулярных систем. При самосборке можно различить три уровня ввода информации: (1) молекулярное распознавание для селективного связывания комплементарных компонентов; (2) ориентация с целью обеспечить рост посредством связывания компонентов в правильном относительном расположении; (3) окончание процесса, требующее встроенного стоп-сигнала, определяющего конечную точку и сигнализирующего о завершении процесса.

Изображение слайда
81

Слайд 81

Кроме того, в процесс прогрессирующего построения конечной структуры, осуществляющийся через определенную последовательность молекулярных инструкций и алгоритмов, может быть вовлечена временная информация; определенные компоненты или заданный акт распознавания должны вступать в игру в совершенно определенный момент времени на совершенно определенной стадии суммарного процесса. В этом случае генерация каждой промежуточной структуры будет зависеть от предыдущей структуры и закладывать основу для структуры, получаемой на следующей стадии; к такому типу процессов относятся каскадные системы. Для хранения и переработки информации, так же как для генерации сигналов, могут использоваться политопные рецепторы, в которых происходящее в определенной последовательности занятие различных центров связывания приводит к возникновению специфических структурных и функциональных узоров.

Изображение слайда
82

Слайд 82

Бурное накопление опыта и знаний в области супрамолекулярной химии в конце 1990-х гг. привело к пониманию того, что многие супрамолекулярные ансамбли, имеющие структуру сеток, лент, циклов, проявляют в своем поведении и свойствах черты, свойственные полимерам – ковалентным соединениям той же топологии. Подобные ансамбли получили название супрамолекулярных полимеров. Супраполимеры обладают рядом уникальных и полезных особенностей: их синтез не сопровождается химическими превращениями и потому не требует использования высокоактивных токсичных мономеров. Самосборка супермолекул, в отличие от многих химических реакций, обычно легко протекает в мягких условиях. Размерами и формой агрегатов можно управлять, изменяя внешние условия как в момент их сборки, так и в процессе эксплуатации.

Изображение слайда
83

Слайд 83

Изображение слайда
84

Слайд 84

Изображение слайда
85

Слайд 85

Это позволяет создавать самовосстанавливающиеся, экологичные, легко перерабатываемые и утилизируемые материалы. Многие «классические» полимеры, имеющие жесткую ароматическую структуру, проявляют уникальные оптические, электрические, механические, транспортные и другие свойства. Однако эти их достоинства часто сочетаются с множеством недостатков: нерастворимостью, неплавкостью, сложным и длительным синтезом, плохой перерабатываемостью, дефектами микроструктуры, релаксация которых замедлена малой подвижностью макромолекул. Материалы на основе супраполимеров, обладая достоинствами обычных полимеров, зачастую лишены многих из названных недостатков. Супраполимеры перспективны в качестве компонентов термоэластопластов, клеев и адгезионных покрытий.

Изображение слайда
86

Слайд 86

Изображение слайда
87

Слайд 87

Супраполимеры обычно формируются под действием водородных или координационных связей, а также эффектов π -сопряжения. Во-первых, это относительно прочные и, как правило, множественные межмолекулярные взаимодействия, которые на порядок сильнее сольвофобных эффектов, Ван-дер-Ваальсовых и ненаправленных электростатических взаимодействий. Во-вторых, водородные и координационные связи, подобно химическим, проявляют насыщаемость и направленность. Благодаря этому достигается точная взаимная ориентация молекулярных компонентов. В результате супраполимеры обладают хорошо определенной пространственной структурой с предсказуемым расположением молекулярных компонентов.

Изображение слайда
88

Слайд 88

Ранее было общепринято, что ГВ возникают в результате химических реакций между образующимися при деструкции биологических макромолекул небольших фрагментов. Фактически гумусовые вещества воспринимали как возникшие из хаоса продуктов распада термодинамически стабильные образования. Однако супрамолекулярные представления многое меняют, так как ставится под сомнение само существование «хаоса» в органическом веществе почв. Ведь основой супрамолекулярной химии является не только образование супермолекул за счет нековалентных взаимодействий, но и возникновение из смеси компонентов строго определенных супермолекул. Это определяется информацией зашифрованной в структурах взаимодействующих молекул. В биологических объектах существуют не любые молекулы, а те которые комплементарны друг другу. Поэтому информация, наследуемая от биообъектов, должна предопределять самоорганизацию и строение гумусовых веществ.

Изображение слайда
89

Последний слайд презентации: На предыдущих лекциях после рассмотрения ряда примеров по поведению и свойствам

Изображение слайда