многочисленны. Своеобразным примером является взаимодействие метильных радикалов с пальмитиновой кислотой (С16).
В обычных, «неорганизованных» химических процессах наиболее реакционноспособным местом в молекуле кислоты является α-положение, соседнее с карбоксильной группой. Если, однако, молекула кислоты организована в двухмерный слой на поверхности воды, то присоединение метильных радикалов происходит к «хвосту»молекулы и сопровождается увеличением длины молекулярной цепочки. Этояркий пример того, как молекулярная организация ансамбля молекул изменяет их реакционную способность, и даже направление химической реакции(считается, что эта реакция сыграла важную роль в химической эволюциижизни на Земле, так как она обеспечила синтез исходных веществ для строительства биологических мембран).
Простейший способ надмолекулярной организации химических реакцийоснован на использовании молекулярных пучков для нанесения реагирующих слоев по заданной программе с целью синтеза химических соединений и композиций. В частности, именно по такому принципу создаются полупроводниковые структуры и твердотельные сверхструктуры – кристаллы,выращенные напылением полупроводников слоями толщиной несколькоатомов, причем слои обладают строгой периодичностью в n и p –легировании. Эти новые материалы обладают уникальными электрофизическими свойствами и имеют важное значение в полупроводниковой технологии и физике твердого тела. Их невозможно получить обычными методами«неорганизованной» химии.
Другие примеры пространственно-временной организации химических
процессов: периодическое образование твердых осадков при смешении двух реагирующих веществ (кольца Лезинганга), периодическая реакция Белоусова-Жаботинского, автоколебания скорости гетерогенно-каталитических реакций.
Многие важные процессы нельзя осуществить в рамках обычной «неорганизованной» химии. Так, фотосенсибилизированное разложение воды наводород и кислород (абиогенный фотосинтез) предполагает осуществлениетрех основных элементарных стадий: фотогенерированное разделение зарядов, то есть образование разделенных в пространстве электронов и дырок;взаимодействие электрона с молекулой воды и восстановление воды до водорода; взаимодействие дырки с молекулой воды и окисление воды до молекулярного кислорода.
При этом необходимо организовать процесс таким образом, чтобы предотвратить рекомбинацию электрона и дырки, а восстановление и окисление воды обеспечить на разных катализаторах. Подводя некоторый итог, можно сказать, что поворот химии как науки к молекулярной и
надмолекулярной организации реагентов начался со второй половины этоговека, и теперь она одна из главных, устремленных в будущее линий внутренней организации химии. Есть основания полагать, что в будущем «организованная» химия займет достойное место в химической науке и технологии.
Простейшим микрореактором, в котором происходит реакция, является
Ван-дер-Ваальсова молекула. Существует огромный набор микрореакторов
разной природы, масштаба и молекулярного порядка: комплексы, кристалло-
сольваты, газогидраты, соединения – включения, макромолекулы, полости
цеолитов и пористых сред, мицеллы и везикулы. В микрореакторахизменя-
ются молекулярная динамика реагентов, механизм и скорости химических
реакций, рК кислот и оснований, локальные заряды и их распределение, по-
тенциалы и их сродство к электрону, конфигурации и реакционная способ-
ность. В них реализуются новые «принудительные» реакции, проявляются и
другие аномалии.
К двумерныммикрореакторам относятся: двойной электрический слой,мономолекулярные слои (Ленгмюра-Блоджетт), мембраны (биологические иискусственные), межфазные границы, адсорбционные слои реагентов натвердых телах («двумерное» зональное реагирование) и др.Классический двумерный реактор – двойной электрический слой – внастоящее время обрел «новую жизнь» в режимах высокого временного разрешения (10-12–10-9 с.). Главным действующим лицом в таком микрореакторе является электрон – свободный и сольватированный. Его химическое поведение – предмет особого интереса в связи с генерацией электрических потенциалов и моделирования потенциалов «природной» химии.Представляютинтерес также и потенциалы на границе жидкость-жидкость.
Большим разнообразием отличаются кластерныемикрореакторы. Онибывают атомными, молекулярными, ионными, ионно-молекулярными и металлоорганическими, заряженными, нейтральными. Они формируются в газах (например, в расширяющихся сверхзвуковых атомно-молекулярных пучках), в каналах цеолитов (например, кластер In8), в жидкостях, на твердыхповерхностях и т.д.
Велико значение кластеров в химическом материаловедении (кластерные
материалы с необычной физикой и механикой), в химической аналитике и диагностике (детекторы и сенсоры), а также в других областях прикладной химии.
Главной, фундаментальной проблемой в химии кластеров остаются размерные эффекты. Это интригующий вопрос – как свойство индивидуальныхчастиц при объединении эволюционируют в свойство фазы, как построены икак строятся мосты между миром отдельной молекулы и макроскопическиммиром вещества?
Размерные эффекты настолько разнообразны и неожиданны,что общее решение проблемы отсутствует. Методы квантовой химии и молекулярной динамики успешно отвечают лишь на частные вопросы.
Кластеры по-прежнему остаются загадочными объектами. Так, атом Reинертен в реакции с CH4, а кластер Re3 активен, линейные кластеры Cu3 и Ni3не реагируют с H2 и CH4, а кластер треугольной структуры реагирует легко ибыстро; кластер Co n активен в реакции с Н2 при n=3, 10 или 12, а при всехдругих значениях n инертен. Можно привести массу других примеров, показывающих, что кластеры по-прежнему остаются загадочными объектами.
