Возможна ли долгая жизнь свободной частицы в несвободной материи? Физическая органическая химия.

Возможна. Это стабильный свободный радикал. Они были открыты в рамках физической органической химии, которая занимается общими вопросами органической химии, уделяя особое внимание исследованию механизмов органических реакций, а также количественной взаимосвязи между химическим строением органических соединений, их свойствами и реакционной способностью.

Одним из достижений является открытие и доведение до практического использования стабильных свободных радикалов (вид молекулы или атома, способный к независимому существованию и имеющий один или два неспаренных электрона). Способствуют стабильности свободных радикалов так называемые стерические препятствия (пространственные затруднения), когда атом, на котором локализован неспаренный электрон, надежно экранирован от других реагентов находящимися неподалеку объемистыми заместителями. Это как отдельный человек в толпе — вроде бы свободен идти, куда хочет — ан нет, окружение сдерживает!

Разработаны методы синтеза и технологии производства стабильных нитроксильных радикалов имидазолинового ряда и их предшественников, которые применяются в качестве спиновых меток, зондов и ловушек в научных исследованиях и промышленности. Радикалы определяются методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) в концентрациях ~10-10 мольных процентов.

Технико-экономические преимущества разработанных нитроксильных радикалов имидазолинового ряда определяются их уникальностью (нет природных аналогов), что позволяет применять их в качестве индикаторов движения пластовых жидкостей (нефтедобыча), скрытых меток и пр. Стабильные свободные радикалы применяются в различных областях науки и техники:

В медицине и биологии в качестве спиновых меток обычно используют стабильные нитроксильные радикалы. Все молекулы спиновых меток, несмотря на разнообразие их химического строения, как правило, содержат одинаковый парамагнитный фрагмент — химически стабильный нитроксильный радикал (>N-O*). На этом радикале локализован неспаренный электрон, служащий источником сигнала ЭПР. Конкретный выбор спиновых меток определяется задачей исследования. Так, например, для того чтобы с помощью спиновых меток следить за конформационными перестройками белков, молекулы-метки обычно «пришивают» к определенным участкам белка. В этом случае спиновая метка должна содержать специальную реакционную группу, которая может образовать ковалентную химическую связь с аминокислотными остатками молекулы белка.

Для изучения свойств искусственных и биологических мембран обычно используют жирорастворимые спиновые метки, способные встраиваться в липидный слой мембраны: — в качестве спиновых рН-зондов для измерения величины рН в клеточных органеллах; — при изучении процессов переноса ионов через мембраны; — для определения локализации лекарственных или иных препаратов в органах или тканях.

В аналитической химии и геофизике: — для создания хелатирующих агентов, способных связываться с металлами; — в качестве индикаторов с низким порогом определения (например, вместо трития или органических красителей в нефтеразведке и нефтедобыче, вместо фторароматических кислот при анализе движения грунтовых вод).

В других отраслях для внесения в качестве скрытых меток в топливо, спирты и пр.

Работает Институт органической и физической химии КазНЦ РАН (Казань). Можно почитать: Гаммет Л. Основы физической органической химии. Скорости, равновесия и механизмы реакций. М.: Мир, 1972.