Лаборатория химических историй. От электрона до молекулярных машин - [9]
Химия привлекательности
В предыдущих разделах этой главы мы рассказали, что создание поперечных сшивок между линейными молекулами стало одной из задач модификации природных полимеров (натуральной кожи и каучука). Существует природный полимер, в котором белковые цепи уже соединены поперечными мостиками – не слабыми водородными связями, как у целлюлозы, а прочными химическими. Речь идет о волосяном покрове млекопитающих: толщина отдельных ворсинок у мериносовой овцы – основного «поставщика» шерстяной пряжи – 0,02 мм, толщина конского волоса – до 0,2 мм. Известно, что сшитые полимеры при нагревании не размягчаются и ни в чем не растворяются, поэтому их модификация затруднена, но не невозможна. Однако химики всегда находят решение: они сумели разрушить полярные связи в целлюлозе (см. выше – «Лидер среди природных полимеров») и не отступили при поиске метода, который позволял бы разрушить не слабые полярные, а сильные химические связи.
Изменение структуры шерстяных волокон почти не применяется, поскольку их свойства практически оптимальны. Чаще всего для снижения усадки при стирке таких изделий в шерстяную пряжу в процессе изготовления нитей добавляют синтетические волокна. Тем не менее существует один широко известный пример их модификации.
Волосяной покров млекопитающих – материал, отформованный в виде волокна самой природой, но часто естественная форма не устраивает человека. Например, многие люди предпочли бы иметь не прямые, а волнистые волосы. Обычные способы завивки – накручивание в мокром виде на бигуди или завивание горячими щипцами – не слишком эффективны. При первом же воздействии влажного воздуха или воды волосы распрямляются. Все объясняется свойствами сшитой структуры. Полимерные белковые молекулы волос соединены поперечными связями из мостиков с двумя атомами серы (дисульфидных) (рис. 1.11) – почти таких же, которые ранее упоминались при обсуждении вулканизации резины.
Рассуждая логически, мы понимаем, что надо разрушить поперечные химические связи, придать полимеру нужную форму, а затем восстановить эти связи, чтобы вернуть полимеру исходный состав – и, соответственно, свойства. Иными словами, сначала «распороть», а потом «сшить». Разрушение и восстановление химических связей – это обычная задача, с которой химики сталкиваются постоянно. Таким образом, чтобы изменить форму волос, надо разрушить дисульфидные мостики, создать новую форму и восстановить поперечные сшивки. Химики решили эту задачу, разработав метод химической завивки. Вначале волосы обрабатывают гидросульфитом натрия: дисульфидные мостики размыкаются, образуя тиогруппы – SH (рис. 1.12).
Обработанным волосам можно придать нужную форму: например, накрутить на бигуди, а затем провести обратную реакцию, то есть вновь создать дисульфидные мостики, воздействуя либо кислородом воздуха, либо раствором пероксида водорода. Мостики при этом восстанавливаются, волосы приобретает прежнюю упругость и «запоминают» новую форму (рис. 1.13).
Вода на такую завивку уже не действует, однако волосы постепенно отрастают, и всю процедуру приходится периодически повторять. Следует иметь в виду, что в основном химические реакции – особенно те, которые происходят не в растворе, а на границе твердого тела (поверхность волоса) и раствора – протекают не полностью. В итоге дисульфидные мостики восстанавливаются не до конца, и после неоднократной обработки качество волос ухудшается. Тем не менее с точки зрения химика поставленную задачу можно считать решенной.
Многократное уплотнение
Два слова в заголовке – это дословный перевод термина «поликонденсация». Это своеобразное сочетание греческого и латинского корней: поли– (греч. πολύ – «многочисленный») и конденсация (лат. сondēnsāre – «уплотнять»). Поликонденсация – следующий (после полимеризации) распространенный способ получения полимеров. Если полимеризация – результат творчества химиков, то поликонденсация по существу – копирование природных процессов. При полимеризации рост цепи происходит благодаря раскрытию двойных связей или циклов. Рост цепи при поликонденсации происходит в результате взаимодействия двух реакционных групп в соседних молекулах, что сопровождается выделением низкомолекулярного продукта, обычно это вода, спирты, NaCl. Все природные полимеры образуются в результате поликонденсации.
Таким образом, в реакции участвуют два соединения, у каждого имеются две реакционноспособные (функциональные) группы А и B, при их взаимодействии образуется мостиковая группа, обозначенная Х (рис. 1.14).
Важно, чтобы группы А и B могли вступать в реакцию друг с другом. Фрагменты двух молекул соединяются, и выделяется побочный низкомолекулярный продукт реакции, который можно легко отделить. Логически рассуждая, мы приходим к выводу, что если в реакционной смеси одно из соединений присутствует в большем количестве, чем второе, то рост полимерной цепочки быстро остановится, и на концах получившейся молекулы окажутся фрагменты того соединения, которое имеется в избытке (рис. 1.15).
Поэтому для получения длинных полимерных цепочек берут исходные соединения в эквимолекулярном соотношении, то есть 1:1. Реагентов, удовлетворяющих требованиям поликонденсации, очень много, но далеко не все стали основой производимых полимеров. Практика отобрала те варианты, которые образуют полимеры с интересными и полезными свойствами, не требуют сложного производства и экономически оправданны.
![Карнавал молекул. Химия необычная и забавная](/storage/book-covers/55/559c29ea2167642949bafad9686dbdf99593c24f.jpg)
Книга в форме занимательных бесед предлагает интересные примеры и истории, которые позволят родителям привлечь внимание школьников к изучению естественных наук, преподавателям средней школы – сделать занятия более увлекательными, а также познакомит студентов и аспирантов, выбравших химию своей специальностью, с тем, как ход рассуждений исследователя позволяет получать интересные результаты. В книге рассказано о некоторых драматичных, а, порой, забавных поворотах судьбы как самих открытий, так и их авторов.
![Печатные СМИ Германии в условиях социально расколотого общества](/storage/book-covers/c8/c8b36dc5bb37a6d7b9e8c1b763bf7e49ca7cd5c4.jpg)
Монография историка-германиста О.Е. Ореховой предлагает читателю полный анализ рынка прессы ФРГ после объединения Германии, раскрывает динамику тиражных тенденций с 1990 по 2007 гг. и освещает специфику редакционных концепций ведущих органов печатных СМИ ФРГ в условиях рекламно-газетного кризиса начала XXI века. Книга рассчитана на студентов-международников, аспирантов, исследователей-германистов, всех интересующихся историей и современным состоянием печатных органов ФРГ.
![Правила квалификации преступлений, совершаемых в кредитно-финансовой сфере. Теория и практика применения](/storage/book-covers/92/9217c62917483647c71df9df518725e1d6f16153.jpg)
Научно-практическое пособие нацелено на развитие системного понимания проблем квалификации преступлений, совершаемых в кредитно-финансовой сфере (финансовых преступлений), на основе действующего уголовного законодательства Российской Федерации, материалов арбитражно-судебной практики, а также трудов ученых в области уголовного, финансового и гражданского права. Для судей, прокуроров, сотрудников правоохранительных органов, преподавателей, аспирантов, студентов экономических и юридических вузов, а также для практиков, интересующихся проблемами экономической безопасности в кредитно-финансовой сфере.
![Девушка из лаборатории](/storage/book-covers/b7/b711690815a8ebdeb6bd08e63ec28f6b5174e19b.jpg)
Деревья, как и люди, упорны, изобретательны и способны адаптироваться к любым условиям. Геобиолог Хоуп Джарен, трижды стипендиат программы Фулбрайта, уже более 20 лет изучает деревья, семена, цветки и почву и не перестает удивляться поразительным возможностям растений. Ее книга «Девушка из лаборатории» — автобиография ученого, влюбленного в свою работу. Личная история автора перемежается с увлекательными рассказами о тайной жизни растений. Остроумно и захватывающе Джарен рассказывает о тернистом пути исследователя: о любопытстве как движущей силе научной мысли, о долгих месяцах неудач в попытке собрать необходимые данные, о трудностях в получении финансирования, о верности тех, с кем вместе работаешь, и о радости научного озарения. Этот мировой бестселлер, переведенный на несколько языков, познакомит вас с удивительными примерами жизнестойкости и позволит по-новому взглянуть на мир растений.
![Актуальные уголовно-правовые проблемы борьбы с финансовым мошенничеством](/storage/book-covers/d4/d49c8081738d168f624ef1b29ac170c837fa5f99.jpg)
Рассмотрены основные характеристики финансового мошенничества, даны предложения по совершенствованию организационных и правовых мер предупреждения данного вида экономических преступлений, на основе исторического и современного зарубежного и отечественного опыта указаны пути совершенствования таких мер. Для сотрудников государственных органов, правоохранительных органов, работников частного сектора экономики, банковской и финансовой сферы, преподавателей высших учебных заведений, широкого круга читателей, интересующихся вопросами организации системы противодействия мошенничеству в кредитно-финансовой сфере.
![На что похоже будущее? Даже ученые не могут предсказать… или могут?](/storage/book-covers/5d/5d5beef4fdc6ca2fbb2558d122b4fd7b024d5235.jpg)
Каждый день в мире совершаются открытия и принимаются решения, влияющие на наше будущее. Но может ли кто-то предвидеть, что ждет человечество? Возможна ли телепортация (спойлер: да), как изменится климат, каким будет транспорт и что получится, если искусственный интеллект возьмет над нами верх? Станут ли люди счастливее с помощью таблеток и здоровее благодаря лечению с учетом индивидуальной ДНК? Каких чудес техники нам ждать? Каких революций в быту? В этой книге ведущие мировые специалисты во главе с Джимом Аль-Халили, пользуясь знаниями передовой науки, дают читателю представление о том, что его ждет впереди.
![Популярная информатика](/storage/book-covers/7b/7b6b511fe1ab4510fce5473aac1ae36f552a1435.jpg)
"Информатика возникла сравнительно недавно (примерно тридцать лет назад) и по сравнению с другими науками еще совсем молода. Но несмотря на это, в настоящее время она выдвинулась в ряд важнейших областей знания. Причина ее стремительного развития состоит в том, что предмет ее исследования — научная информация, свойства и закономерности ее распространения — приобретает в современном мире исключительно важное значение." - текстовая версия.
![Автономия. Как появился автомобиль без водителя и что это значит для нашего будущего](/storage/book-covers/e8/e8bad6b83dab28058fd97aa1b78529cbcd320f30.jpg)
Беспилотные автомобили – давно уже не плод воображения фантастов, но наша реальность. Мы стоим на пороге технологической революции, и совсем скоро нам не будет необходимости иметь личный транспорт. В будущем машины без водителей имеют все шансы вытеснить классические автомобили, управляемые людьми. Эта технология изменит наше отношение к поездкам, как когда-то смартфон изменил отношение людей к общению. Ее сторонники верят, что беспилотники способны предотвратить более 90% аварий, а также предоставить возможность маломобильным и пожилым людям пользоваться автомобилем без ограничений.
![Легко ли плыть в сиропе. Откуда берутся странные научные открытия](/storage/book-covers/33/339559e1823751c392bbff5cd91e125db65f375d.jpg)
Как связаны между собой взрывчатка и алмазы, кока-кола и уровень рождаемости, поцелуи и аллергия? Каково это – жить в шкуре козла или летать между капель, как комары? Есть ли права у растений? Куда больнее всего жалит пчела? От несерьезного вопроса до настоящего открытия один шаг… И наука – это вовсе не унылый конвейер по производству знаний, она полна ошибок, заблуждений, курьезных случаев, нестандартных подходов к проблеме. Ученые, не побоявшиеся взглянуть на мир без предубеждения, порой становятся лауреатами Игнобелевской премии «за достижения, которые заставляют сначала рассмеяться, а потом – задуматься».
![Истории от разных полушарий мозга. Жизнь в нейронауке](/storage/book-covers/5a/5a5329630b2405ebe343e7ee88fe1a4b7f18ba3b.jpg)
Майкл Газзанига, один из самых авторитетных нейробиологов XX века, рассказывает о своей фундаментальной работе по изучению невероятной пары – правого и левого полушарий. Один из отцов когнитивной нейронауки описывает, как зародилась революционная теория расщепленного мозга, когда правая и левая его половины после разъединения начинают функционировать независимо друг от друга и проявляют совершенно разные умения. Газзанига убежден, что популярное представление, будто наука делается гениями-одиночками, неверно.
![Почему люди разные. Научный взгляд на человеческую индивидуальность](/storage/book-covers/82/822949ba41a9b23f3a66c6c2ea160c3a5c60cd0e.jpg)
Все люди непохожи друг на друга. Этот факт кажется настолько очевидным, что мы редко задумываемся, почему это, собственно, так. Почему кто-то – сова, а кто-то жаворонок, кто-то любит сладкое, а кто-то горькое, одним нравятся мужчины, другим – женщины, а третьим тесно в привычных гендерных категориях. Нейробиолог Дэвид Линден оценил степень человеческого разнообразия, изучая анкеты на сайте знакомств. Там, как оказалось, люди особенно охотно описывают свои особенности – от цвета волос до пищевых и сексуальных предпочтений, от бытовых привычек до аллергии. «Почему люди разные» – это попытка описать в одной книге все грани нашей уникальности.