Принцип комплементарности в химических реакциях и методах анализа

0

Принципом комплементарности называется метод анализа пары противоположностей, широко распространённых в науке, природе, жизни. Каждая противоположность существует отдельно, но анализируется в паре противоположностей. Анализ возможен лишь в том случае, если противоположности расходятся до полной несовместимости, т. е. то, что присуще одной, не может даже в деталях повторяться в другой. После окончания анализа они не противоречат друг другу, а взаимно дополняют, описание включает подробную характеристику каждой противоположности и дополнение.

Н. Бор утверждал, если какое-либо явление имеет глубокий смысл, то и прямо противоположному явлению также присущ глубокий смысл. Классическая физика и квантовая механика взаимно дополняют друг друга. Такой же вывод следует из дуализма электрон-волна электрон-частица.

Химические реакции относятся к некрупным явлениям и для них лучше использовать термин наиболее характерные особенности, т. е. предельно сжатое изложение главных особенностей химической реакции или метода анализа. Применение на практике изложено в сообщениях [1, 2]. Желающим узнать более подробно, советуем рассмотреть самосто-ятельно пару потивоположностей война и мир и расписать наиболее ха-рактерные особенности каждого явления. Например, война: в стране объявляется чрезвычайное положение, всеобщая мобилизация, прекращается деятельность политических партий и т, д. Без более подробного изложения каждого пункта.

Пары противоположностей образуют:

  1. Химические элементы с примерно одинаковыми атомами, состоящими из смеси изотопов (75%) и строго одинаковыми атомами, характерные для элементов одиночек
  2. Короткоживущие радиоактивные изотопы с одной стороны и долгоживущие и стабильные изотопы с другой (меньшинство)
  3. Вещества с изменяющимся составом (85%) и с постоянным составом (15%), на которых основан закон постоянства состава
  4. Микробы, грибки, вирусы, погибающие от летальных доз медицинских препаратов (~90%) и резистентные возбудители тех же болезней, впадающие «в летаргическую спячку», но спустя неделю-другую просыпаются и продолжают ещё более активно разрушительную работу.
  5. Почти полная замена использованных медицинских препаратов каждые 10-15 лет на новые и сохранение небольшой части препаратов старой фармакопеи. Несколько десятков сохраняются уже почти 300 лет и т. д.

Формулировка пары противоположностей и её анализ.

Мы излагаем материал без громоздких формул, характерных для органической химии. В одной из статей речь идёт о получении макроциклов, больших замкнутых молекул, образующихся из длинных линейных молекул с функциональными группами на концах.

Описанный ниже метод основан на использовании изученной реакции или хорошо известного метода анализа для предсказания уравнения и механизма неописанной реакции или нового метода анализа.

Наиболее характерные особенности изученной реакции устанавливают при внимательном и тщательном чтении химической литературы, посвящённой открытию и разработке изученной реакции.

Они состоят из трёх пунктов.

  1. Реакционную смесь разбавляют значительными объёмами растворителя. Получение больших циклических молекул в условиях высокого разбавления называется принципом Руггли.
  2. Процесс циклизации линейной молекулы в циклическую осуществляется внутримолекулярно, то есть из одной линейной молекулы получается одна молекула циклическая.
  3. Реакционную смесь нагревают.

П. 1-3, взятые вместе, составляют содержание первой противоположности.

Применив прямо противоположные характеристики к п. 1-3 получим наиболее характерные особенности ещё не описанной реакции (п. 4-6), отражающие основные черты противоположного синтеза макроциклов, не описанного в литературе.

  1. Общая реакция получения макроциклов новым методом осуществляется с минимальным разбавлением реакционной смеси растворителем. Обычно берут количество мл, необходимого для перекристаллизации реактанта перед удвоением (см п. 5).
  2. Процесс циклизации осуществляется межмолекулярно, то есть из двух линейных молекул образуется одна циклическая молекула с вдвое большим диаметром.
  3. Реакционную смесь быстро замораживают при температуре от -20° до ——196° С и выдерживают в течение 3 – 5 суток (низкотемпературный твердофазный синтез).

Итак, изученная реакция понадобилась для выявления её наиболее характерных особенностей, взятые с противоноложными характеристиками, они привели к формулировке наиболее характерных особенностей ещё не открытой реакции. Поразительный феномен, ещё не зная уравнения реакции и механизм уже определили её наиболее важные функциональные особенности.

Выбор изученной реакции проводится только среди общих реакций тина 2, способных дополнять друг друга. Для малочисленной группы самых общих реакций типа 1 это не характерно. Изученная реакция типа 2 выявляет реакцию такого же типа 2. Аналогичная ситуация и с методами анализа.

Примеры органических реакций приведены нами ранее в сообщениях [1, 2].

Другие примеры.

Новый внутримолекулярный механизм реакции замещения пришлось ввести на основе принципа комплементарности: если существуют три механизма межмолекулярного замещения с разрывами одних и образованием других химических связей, значит должен быть и четвёртый внутримолекулярный механизм, в котором новые продукты образуются без разрыва химических связей.

Этот механизм является движущей силой превращений комплексов в цепочках радиоактивных превращений, в которых первое синтезируемое звено предопределяет структуру всех остальных звеньев. Такой комплекс получают в тех же условиях, что и аналогичный комплекс одноимённого химического элемента, для которого уже установлена геометрическая структура. Поэтому первое звено наделяют такой же структурой.

Новый метод анализа.

Определение строения веществ физико-химическими методами анализа требует непрерывного экспериментирования с самим веществом. Такое определение строения называется прямым.

Существует и косвенное определение строения, при котором устанавливают строение вещества, не экспериментируя с ним непосредственно. Эта проблема поставлена остро в химии радиоактивных веществ, в которых долгоживущие вещества располагаются по краям цепочки превращений, а вещества с короткоживущими изотопами располагаются между ними. Экспериментируют только с крайними долгоживущими звеньями. Выше показан простейший пример определения строения первого звена без проведения экспериментов для доказательства его строения. Его получают синтезом, чтобы спонтанно (самопроизвольно) образовались остальные звенья. Строение последнего звена определяют методом рентгеноструктурного анализа или масс-спектрометрией и сравнивают первое и последние звенья с одним и тем же методом анализа. Если они идентичны, то таким же строением наделяют и каждое промежуточное звено с короткоживущим или даже долгоживущим изотопом, не проводя с каждым из них никаких экспериментов.

Другими словами, превращения комплексов протекают без разрыва химических связей по внутримолекулярному механизму реакции замещения, изменяется только природа центральных ионов внутри геометрической структуры первого синтезируемого звена.

References

  1. М. А. Рехтер, Б. А. Рехтер, Химия гетероциклических соединений, 2010 (год),   1433, [Journ. of Heterocycl., compds, 45 (том), 1061 (2010)]
  1. М. А. Рехтер, Б. А. Рехтер, там же, 2012, 408; [Journ. of Heterocycl., Compds 48, 386 (2012)]

Литература в квадратных скобках: те же статьи в переводе на английский язык фирмы «Plenum».

 

Поделиться.

Об авторе

Матвей Рехтер

Как и в каких условиях создавался принцип комплементарности – первый научный метод открытия химических реакций, в котором предсказаны уравнение реакции, её механизм и наиболее вероятная структура конечного продукта.

Прокомментировать

Лимит времени истёк. Пожалуйста, перезагрузите CAPTCHA.