Лаборатория химических историй. От электрона до молекулярных машин

В предыдущем разделе было показано, каким образом ферроцен включается в организованную жидкокристаллическую фазу. Однако пространственная структура молекулы ферроцена и ее размеры позволяют также решать принципиально иные задачи. Поскольку ферроцен представляет собой объемную конструкцию, можно располагать замещающие группы разнообразными способами. В качестве исходного соединения была использована ферроцендикарбоновая кислота, в которой две карбоксильные группы -COOH присоединены к разным циклам. Эти группы, помимо прочего, расположены не на одной вертикали (друг под другом), а скорее диагонально (рис. 8.8а). На основе такой заготовки можно построить линейные полимерные конструкции. При взаимодействии этой дикислоты с галогенидами металлов образуются металлсодержащие полимерные цепочки (рис. 8.8б). При синтезе использовались различные парные сочетания металлов М¹-М²: Co-Mn, Co-Cu, Mn-Cu.

Полученные полимеры были исследованы с помощью сканирующего электронного микроскопа; на полученных снимках помещены врезки с более высоким разрешением (рис. 8.9). Снимки показывают образование микросфер, причем неожиданно оказалось, что Mn,Cu-содержащие соединения формируют сферы с внутренней полостью (рис. 8.9в, Mn,Cu). Изменяя условия реакции (температуру и длительность синтеза), можно получать микросферы различного размера и плотности.

Затем следовало оценить пористость этих соединений, для чего их тщательно высушивали в вакууме и затем насыщали азотом. Это позволило определить удельную поверхность, которая дает оценку пористости, и она оказалась весьма значительной – в диапазоне 120–227 м²/г. Высокая пористость – следствие того, что объемные фрагменты ферроцена не позволяют полимерным молекулам плотно упаковываться (в отличие от большинства органических полимеров). Таким образом, в этом разделе работы роль ферроцена противоположна той, о которой было рассказано ранее: ферроцен не объединяет молекулы в новую фазу, а, наоборот, приводит к неплотной упаковке, что показано на трехмерных моделях (рис. 8.10).

После получения высокопористых веществ решено было проверить, способны ли они поглощать и удерживать молекулярный водород. На рис. 8.11 показано, как изменяется количество молекулярного водорода, которое способны удерживать полученные металлорганические полимеры при повышении давления.

Заранее можно было предположить, что пустотелые сферы (Mn, Cu-содержащие полимеры) поглощают большее количество водорода. Подводя итог, отметим, что найденные новые области применения ферроценсодержащих веществ – жидкие кристаллы и молекулярные контейнеры для хранения водорода – не исчерпывают возможности этого класса соединений, поскольку ферроцен обладает еще одним важным достоинством. Он склонен к легким окислительно-восстановительным переходам. Это позволяет в перспективе планировать создание светочувствительных и электропроводящих материалов на его основе.

Глава 9

Озарения, открытия, превратности судьбы

Случайные открытия делают только подготовленные умы.

Луи Пастер

Имена известных химиков вошли в историю благодаря их научным достижениям, а этапы жизненного пути, особенности характера, склонности и привычки теряются на фоне научных заслуг. Созданное ими и есть самое главное, но почему-то всегда возникает желание узнать, в какой обстановке и при каких обстоятельствах они творили. Это помогает почувствовать эпоху, ощутить величие Истории.

Познакомимся с некоторыми яркими моментами из жизни известных химиков. Мы не будем строго придерживаться хронологии и объединим в нашем рассказе людей, далеко отстоящих друг от друга во времени и в пространстве.

История научных открытий показывает своеобразные взаимоотношения закономерного и случайного. Удивительным образом сочетаются две известные истины: открытие – результат долгого напряженного труда и в то же время открытие – редкая удача, подарок судьбы.

Открытия не могло не быть

Есть много примеров того, когда постепенное накопление знаний делает открытие неизбежным. Оно буквально висит в воздухе – и посчастливится тому, кто первым «сорвет созревший плод».

Разделить славу поровну

Вплоть до начала XVIII в. ученые воспринимали воздух как некое однородное вещество. Исследования физических свойств воздуха, проводимые различными учеными, неизбежно приводили к похожим результатам. В 1661 г. физик-любитель Ричард Таунли (1627–1791) из Ланкастера, работая в лаборатории Оксфорда под руководством английского естествоиспытателя Роберта Бойля, проводил опыты с барометрической U-образной трубкой и высказал предположение, что воздух обладает упругостью. Р. Бойль, не желая преуменьшать заслуги своего помощника, в 1662 г. опубликовал эти результаты, назвав их теорией Таунли. Однако он не только отметил упругость воздуха, но и сформулировал результаты в виде закона, в котором указал на существование обратной зависимости объема от давления.