Российские ученые создали периодическую систему для органической химии
Когда великий Менделеев показал миру помещавшуюся на одной странице свою Периодическую таблицу, то ученых больше всего поразило, что с ее помощью можно предсказать, какими элементами будут заполнены пустые клетки. Менделеев с поразительной точностью описал целый ряд их физических и химических свойств. И вскоре первые такие элементы были открыты. Это галлий, скандий и германий.
Нечто подобное сделали российские ученые в области органической химии. Они тоже на одной странице "упаковали" огромные объемы информации, которая превращает набор скопившихся в этой науке эмпирических наблюдений и обобщений о множестве самых разных веществ в стройную систему. В ее основе - идеи, впервые разработанные для объяснения устойчивости и распространенности атомных ядер.
- В нашей работе речь идет о соединениях трех элементов - углерода, азота и водорода, - говорит руководитель исследования, профессор "Сколтеха" Артем Оганов. - Известно, что некоторые молекулы, состоящие из этой тройки, весьма устойчивы, а другие - нет. Одни вступают в реакции охотно, другие, наоборот, очень инертны. Но почему? Есть ли здесь какая-то закономерность? Ответ мы нашли как ни странно в ядерной физике.
Напомним, что в свое время физики предложили понятие "магических" атомных ядер. Они имеют одну особенность: их энергия ниже, чем у соседей по Периодической таблице. Скажем, кальций, который занимает в ней 20-ю клетку, и титан, расположенный в 22-й, очень стабильны и массово распространены на планете. А находящийся между ними скандий из "квартиры" 21, напротив, очень редкий. Почему? Дело в энергии ядер этих элементов: у скандия она выше, чем в среднем у его соседей, поэтому это ядро "неудачное" и в природе образуется редко. У кальция и титана ситуация обратная. Ядра, более устойчивые, чем у их соседей, называются "магическими".
Этот же принцип ученые "Сколтеха" решили применить к миру органики. Ведь, оценивая энергию различных комбинаций из углерода, азота и водорода, можно предсказать все стабильные молекулы, а значит, давать химикам рекомендации, какие конкретно создавать вещества.
- Представьте, что перед химиком-органиком стоит задача синтезировать какое-то соединение, которое относится к рассмотренному нами классу, допустим, органический краситель синего цвета, - говорит соавтор работы магистрант Сколтеха Елизавета Ванеева. - Вместо того чтобы долго проводить множество экспериментов, пытаясь понять, какие соединения окажутся стабильными, а какие нет, можно использовать наш метод. На основе квантово-химических расчетов он предскажет вероятных кандидатов.
Принцип "магических" атомных ядер ученые "Сколтеха" решили применить к миру органики
Сегодня у этого метода нет конкурентов, он быстро работает, его надежность проверена на уже известных данных. Он найдет себе дело не только на Земле, но и в космосе. Ведь современная техника сегодня периодически обнаруживает в космическом пространстве новые соединения. "Они все магические, - говорит Оганов. - Мы опубликовали в The Journal of Physical Chemistry Letters исследование, которое подсказывает астрохимикам, какие новые органические молекулы наиболее вероятны в космосе. Такая наводка позволит вести поиск, не полагаясь на случай, а целенаправленно".
