Hydrosilylaation kohdalla alkoi mennä jännäksi. Jo lukion orgaanisen kemian kurssilla opittiin, että sopivalla katalyytillä voidaan avata alkeenin kaksoissidos, ja kiinnittää kumpaankin hiiliatomiin uudella sidoksella jotain uutta. (Markovnikovin sääntö: jos se jotain uutta sisältää yhden vetyatomin ja yhden muun atomin, niin vety kiinnittyy siihen hiiliatomiin, jolla on ennestään eniten sidoksia vetyatomien kanssa.) Yliopiston orgaanisen kemian kurssilla tuli selväksi, että erilaisten yhdisteiden parittaminen on monimutkaista kuin saippuaooppera: tämä ei reagoi tuon kanssa, paitsi jos katalyyttinä on jalometalli ja käytetään lievästi hapanta liuosta, niin sitten se reagoi...
Lukion vararehtori oli oikeassa, kemia todella on suurten ja monipuolisten mahdollisuuksien ala. Kun orgaaninen kemisti on jaksanut opetella saippuaoopperan juonikuviot ja muistaa ulkoa, mitkä funktionaaliset ryhmät reagoivat keskenään milläkin tavalla missäkin olosuhteissa, hän voi näppärästi suunnitella synteesireitin minkä tahansa aineen rakentamiseksi. Ei-toivotut reaktiot voidaan estää lisäämällä ensin molekyylin arkoihin kohtiin passiivisia suojaryhmiä. Sitten lisätään se haluttu molekyyli, ja lopuksi poistetaan suojaryhmät. Näin voidaan rakentaa mitä tahansa aspiriinista geenimuunneltuihin kromosomeihin.
Minä en ole taitava kemisti, koska en jaksa muistaa, minkätyyppiset kemikaalit toimivat orto-para-ohjaajina ja mitkä metaohjaajina, kun bentseenirenkaaseen kiinnitetään nitroryhmä toisensa jälkeen trinitrotolueenin valmistamiseksi. (Eikä kannata valita sellaista valmistusmenetelmää, joka aiheuttaa lopputuotteen räjähtämisen ennen aikojaan.) Minusta tuli fyysikko, koska fysiikka on laiskoille ihmisille sopiva tiede. Tiedon, jonka on kerran opetellut, voi hyödyntää aina uudelleen, ja aika vähällä pääsee alkuun: Kaikki massat vetävät toisiaan puoleensa. Sähkövaraukset voivat vetää puoleensa tai hylkiä toisiaan. Puoliintumis-minkätahansa voi johtaa lukion integrointitaidoilla. (Lukiolaiset! Opetelkaa kunnolla se 1/x dx integraali ja luonnollinen logaritmi, sitä kysytään aina!)
Nyt olen sitten päätynyt tekemään fysiikan laitokselle gradua, jossa täytyy osata enemmänkin kemiaa kuin fysiikkaa. Kemia alkaa siitä, miksi fluoridi-ioni käy juuri sen piiatomin kimppuun, joka on huokosen pohjalla, eikä koske eturintamassa oleviin piiatomeihin. (Selitykseksi epäillään jotain kvanttimekaanisia ilmiöitä, jotka kuuluvat fysiikan ja kemian rajamaille.) Kun fluoridi-ionit ovat saaneet tuhotyönsä tehtyä, jäljellä on piihin nakerrettu huokonen. Huokosen seinämien piiatomit ovat toiselta puolelta kiinni toisten piiatomien verkostossa, ja toisella puolella niillä on sidoksia yhteen tai useampaan vetyatomiin. Vetyatomien takana on tyhjää tilaa.
Huokosten seinämien pinnassa on siis Si-H-sidoksia, ja niistä päästään eteenpäin hydrosilylaatiolla. Revitään Si-H-sidos auki, otetaan alkeeni ja revitään sen kaksoissidos auki, ja kiinnitetään avautuneen kaksoissidoksen hiilistä toinen piiatomiin ja toinen vetyatomiin. Näin voidaan kiinnittää huokosen seinämään melkein mikä tahansa hiilivety, kunhan lähtöaineessa vain on kaksoissidos. Hiilivetyä voidaan myöhemminkin muokata orgaanisesta kemiasta tunnetuilla menetelmillä - paitsi että hyvin isot molekyylit eivät mahdu huokosten sisälle.
Erityisen näppärää on kiinnittää huokoisen piin pintaan sellaisia hiilivetyketjuja, jotka ovat hyvin nirsoja seuransa suhteen ja reagoivat vain ja ainoastaan aineen X kanssa. Näin voidaan valmistaa sensori, joka tunnistaa, onko ainetta X jossakin lähettyvillä (lue: kaadettu sensorin päälle). Langmuir-lehden numerossa 27/2011, s. 8967-8973, (dx.doi.org/10.1021/la201272e, arkisto lienee maksullinen ellei lukija hyödynnä yliopiston kirjaston palveluja), on näyttäviä värikuvia sensoreista, jotka muuttavat väriä sen mukaan, kuinka väkevää vesi-etanoli-liuosta (lue: viinaa) sensorille on tarjottu.
Orgaanisen kemistin taitoja tarvittaisiin taas siihen, että varmistettaisiin, ettei mikään muu molekyyli kuin etanoli reagoi sensorin kanssa hämäävän samalla tavalla. (Pahimpia ovat juuri ne kemikaalit, jotka toimivat melkein, mutta ei aivan, samalla tavalla kuin oikea kemikaali. Esimerkiksi arseeni on eläville olennoille tuhoisa alkuaine, koska elimistön kulunvalvonta luulee sitä fosforiksi ja toivottaa sen tervetulleeksi fosforin paikalle, mutta se ei kuitenkaan hoida fosforin tehtäviä.)
Jos etanolisensori toimii ilman häiriöitä, niin sillä voi kätevästi testata drinkkinsä väkevyyden. Jos mittari muuttuu vihreäksi, juomassa on pelkkää vettä, ja punaisen värin voimakkuus osoittaa viinan määrän. Langmuirin raportoiman sensorin herkkyys ei vielä taida riittää alkometrikäyttöön, mutta ehkä tuotekehittelyn jälkeen paristokäyttöiset alkometrit voidaan korvata postimerkin kokoisella sensorilla.
Jos vain osaisin valita sopivan hiilivedyn istutettavaksi piin pinnalle, voisin suunnitella sensorin, joka mittaisi minkä tahansa haluamani aineen esiintymistä. Hengitysilman puhtautta tarkkaileva homemyrkkysensori tulee ensimmäisenä mieleen... Eri myrkyille pitäisi tietysti olla jokaiselle oma sensorinsa. (Kaipaako kukaan biokemisti väitöskirjanaihetta?)
No niin, nyt harmittaa vähän olla se laiska fyysikko, joka osaa sanoa vain, että huokoisen piin kapasitanssi kasvaa ja resistanssi pienenee, kun huokosiin imeytyy vettä. (Matemaattisesti dC/drh > 0 ja dR/drh < 0.) Kemistinä voisin askarrella homemyrkkysensorin, viedä sen homeiseen opinahjoon ja kehottaa koulutuksen järjestäjää hankkimaan trinitrotolueenia, koska mikään muu ei siihen homepesään enää auta.
Pääsinköhän nyt niin jännään kohtaan, että
Ei kommentteja:
Lähetä kommentti