2. Trọng lượng lớn nhất của actat, trong một quá trình nghiên cứu vào khoảng 0,002 microgram Những phương pháp nào được ứng dụng để nghiên cứu
7.2.2. Hóa học cao phân tử
Các nhà hóa học vào cuối thế kỷ XX đã đạt được những thành công gì trong việc tổng hợp các hợp chất với những đặc tính mong muốn?
Sau khi tổng hợp các chất hóa học đầu tiên, người ta thường nhắc tới tổng hợp urê bởi nhà khoa học F. Wohler vào năm 1828, đã thu được một số lượng lớn các phân tử mới và vật liệu mới không có trong tự nhiên. Chúng được tạo ra bởi sự sắp xếp của các nguyên tử thành các tổ hợp và cấu trúc mới. Dựa trên khả năng tách ra và tạo thành một số liên kết hóa trị, các nhà nghiên cứu đã phát triển lên nhiều kỹ thuật mới để tạo ra các cấu trúc phân tử phức tạp hơn. Trong số những thành tựu xuất sắc của tổng hợp hữu cơ bao gồm, ví dụ như tổng hợp vitamin B12, được thực hiện trong những năm 1970 đầu thế kỷ XX bởi ông R. Woodward cùng với sự tham gia của khoảng 100 nhân viên.
Một khi các nhà hóa học được cách điều khiển các liên kết cộng hóa trị, họ quay sang nghiên cứu sự tương tác liên kết không cộng hóa trị giữa các nguyên tử. Việc nghiên cứu này mang tầm quan trọng lớn trong các hệ thống sinh học, với các quy trình nhận dạng, tương tác, vận chuyển và điều chỉnh cụ thể.
Năm 1894, E. Fischer đã xây dựng nguyên tắc “key-lock”, ngụ ý rằng nền tảng của việc nhận dạng phân tử là sự trùng khớp giữa các hạt phản ứng. Sự liên kết chọn lọc giữa các cặp có thể được giải thích dựa theo lý thuyết phối hợp, đề xuất bởi A. Werner cuối thế kỷ XIX.
Ý tưởng về việc các phân tử không phản ứng với nhau, nếu không liên kết, thuộc về bác sĩ người Đức, nhà vi khuẩn học và nhà hóa sinh Paul Ehrlich (1854- 1915), người vào năm 1906 đưa ra khái niệm receptor. Ông còn là người đưa ra đề xuất đầu tiên giải thích các phản ứng miễn dịch bằng phương pháp hóa học. Với công trình trên, ông cùng với I. Metchnikoff đã được nhận giải thưởng Nobel về Sinh lý học vào năm 1908.
Trong giữa thập niên 1930 để mô tả sự phối hợp và liên kết bão hòa các phân tử (ví dụ, acid acetic dimer) đã được sử dụng khái niệm “cao phân tử”. Nghiên cứu mới về tương tác yếu không cộng hóa trị liên quan đến sự phát triển các phương pháp vật lý hiện đại nghiên cứu cấu trúc và tính chất: hồng ngoại, tia cực tím, đặc biệt là quang phổ NMR, khối phổ ký và nhiễu xạ X-quang.
Các khái niệm cơ bản của hóa học siêu phân tử hiện đại bao gồm khái niệm về cố định (liên kết), nhận dạng và phối hợp. Lĩnh vực hóa học này bắt đầu được phát triển với những nghiên cứu về liên kết chọn lọc các kim loại kiềm trong hợp chất hữu cơ tự nhiên và tổng hợp. Các nghiên cứu đầu tiên đã được thực hiện bởi nhà hóa học người Mỹ Charles Pedersen (1904-1989), năm 1962 ông đã thu được ester mạch vòng macro, có khả năng tạo thành các phức chất cùng với muối của các nguyên tố kiềm. Sau đó, ông tổng hợp nhiều hợp chất tương tự, mà ông đặt đên là ête kraun, vì hình dạng của chúng giống như một cái vương miện. Các hợp chất như vậy là “chủ”, trong các khoang của chúng chứa “khách” được liên kết bởi lực tương tác giữa các phân tử.
Thuật ngữ “siêu phân tử hóa học” được đưa ra vào năm 1978 bởi nhà hóa học người Pháp Jean-Marie Pierre Len và định nghĩa nó như là “hóa học vượt ra ngoài giới hạn phân tử, mô tả các cấu trúc phức tạp, là kết quả của việc phối hợp
hai (hoặc hơn) hạt liên kết với nhau bởi lực tương tác giữa các phân tử.” Trong những năm 1970 của thế kỷ XX Len đã chỉ ra rằng hình học và năng lượng bổ sung là quy luật chính để tạo thành cao phân tử.
Năm 1987 C. Pedersen, D. Cram và JM Len đã được trao giải Nobel vì sự đóng góp quyết định trong hóa học cho việc phát triển các hợp chất macro mạch vòng với khả năng chọn lọc tạo thành các phức cất phân tử dạng “chủ”.
Nền tảng hóa học cao phân tử là sự tương tác không cộng hóa trị với tính chọn lọc cao có thể lập trình, dẫn đến việc các cụm phân tử hình thành tự phát. Hiện nay, cao phân tử hóa học bao gồm không chỉ các hiện tượng hóa học mà còn các lĩnh vực khoa học khác – từ vật lý (pha rắn và lỏng có sắp xếp) đến sinh học (các cụm phân tử tự nhiên).
Câu hỏi
1.Nếu các nguyên tử và phân tử có thể được coi là "chữ" và "từ" của ngôn ngữ hóa học, thì vai trò của cao phân tử sẽ như thế nào?
2. J.-M. Len đã đưa ra ý tưởng về việc tạo ra cuộc sống trong điều kiện thí nghiệm dựa trên các nguyên tắc khác so với cuộc sống, được tạo ra bởi thiên nhiên. Các nguyên tắc này có thể được?