Светя другим
Откусишь с одной стороны — подрастешь, с другой — уменьшишься!
Льюис Кэрролл. «Алиса в Стран чудес».
В университете я специализировался на органическом синтезе.
Органический синтез — это очень трудоёмкая вещь. Органические реакции в большинстве своём протекают медленно, сопровождаются образованием большого количества разнообразных побочных продуктов и часто идут не до конца. Следствием этого является необходимость вылавливать в реакционной смеси целевой продукт путём многочисленных операций, заключающихся в экстрагировании, хроматографии (упаси боже), фракционной разгонке и прочих подобных «радостях». Поэтому химики-органики воспринимают любое подспорье, типа прибора для автоматической флеш-хроматографии, с большим энтузиазмом. С другой стороны, когда появились роботы для органического синтеза, мои коллеги несколько напряглись: уж не заменят ли их машины насовсем…
Оказывается, в некоторых случаях можно обойтись и без роботов.
Если переложить на химический язык упомянутое во введении образование большого количества побочных продуктов, то название ему будет «проблема селективности», или проблема избирательности. Для химика-органика важно, чтобы трансформации подвергалась строго определённая часть молекулы или строго определённым способом.
Существует 2 принципиальных подхода к решению проблемы селективности: а) использование селективных реагентов, т.е. реагентов, которые атакуют исключительно нужные связи и б) использование защитных групп, т.е. блокирование (с последующим разблокированием) тех фрагментов молекулы, которые не должны затрагиваться малоселективным реагентом. Кстати, пример в русскоязычной версии статьи неудачный, для селективного восстановления карбонильной группы в присутствии сложноэфирной есть распространённый селективный реагент — борогидрид натрия.
Представьте себе, каково было моё удивление, когда я наткнулся на статью, в которой в качестве селективного реагента использовали свет с разной длиной волны, т.е. свет разного цвета!
В принципе, если подумать и включить остатки маны былого образования, то в кричащем заголовке нет ничего уникального и удивительного. Подобную селективность может наблюдать любой фотолюбитель, который снимает на плёнку и обрабатывает материалы в тёмной комнате при красном свете. Энергия фотонов красного света недостаточна для того, чтобы вызвать разложение бромида серебра в фоточувствительном слое, но достаточна, чтобы вызывать превращения в светочувствительном белке зрительных клеток сетчатки.
Один из распространённых типов химических реакций — реакции замещения. При наличии нескольких реакционных центров часто требуется, чтобы замещение происходило только у одного атома, но не затрагивало другие. Исчерпывающее замещение (т.е. когда происходит замещение у всех возможных реакционных центров) является менее сложной проблемой, так как его часто удаётся организовать при использовании избытка реагента.
В данном случае при облучении реакционной смеси синим светом происходит замещение 2 атомов брома в молекуле симм-трибромбензола (он же 1,3,5-трибромбензол), а при облучении зелёным — только одного.
Причиной подобной селективности является фотокатализатор — широко известный краситель родамин 6Ж (rhodamine 6G).
При поглощении фотона молекула красителя переходит в высокоэнергетическое возбуждённое состояние (*), которое отрывает электроны от добавляемого в реакционную смесь реагента, превращаясь в так называемый анион-радикал (вы бы полюбили радикала?). Анион-радикал атакует молекулу трибромбензола, отрывает от неё атом брома и превращает её в радикал, который в конечном итоге даёт монозамещённый продукт, т.е. продукт, в котором замещён 1 атом брома.
Однако активировать полученный монозамещённый продукт, в котором осталось 2 атом брома, анион-радикал уже не может, такого большого запаса энергии у него нет, и реакция останавливается на стадии монозамещения.
Что происходит, если облучать реакционную смесь синим цветом?
Энергия его фотонов выше, и он способен возбуждать не только саму молекулу красителя, но и анион-радикал. А возбуждённый анион-радикал уже может атаковать монозамещённое с образованием дизамещённого, в котором замещены 2 из 3 атомов брома.
Вот пример превращения.
Элегантно, правда?
Искушённые читатели, конечно, зададут много вопросов. Есть тут такие? :-D
P.S. Было бы неплохо, чтобы в якобы html-тегах появился наконец нормальный инструмент для выравнивания эпиграфа по нужного краю.
