Menu1

Chemiczny "Hihot"

Tiotimolina - najnowsze wyniki

Wprowadzenie
Właściwości chemiczne, fizyczne i fizjologiczne tiotimoliny(1-3) po raz ostatni około dwudziestu lat temu w piśmie The Journal of the New Zelaland Institute of Chemistry(4). Celem obecnego artykułu (zamieszczamy tłumaczenie obszernego fragmentu - redakcja KCh) jest dostarczenie pewnych podstawowych wiadomości o tej ważnej substancji i jej pochodnych obecnemu pokoleniu naukowców oraz przedyskutowanie pewnych ciekawych badań, które przeprowadzono od ukazania się poprzedniego przeglądu.
Tiotimolina, która jak pamiętamy, jest naturalnym produktem otrzymywanym jako wyciąg z pnia Rosaceae karlsbadensis rufo, była pierwszą substancją w której wykazano zjawisko molekularnej endochroniczności. Ta właściwość przejawia się jako niesłychana rozpuszczalność w wodzie: czysta tiotimolina jest tak dobrze rozpuszczalna, że rozpuszcza się już na 1,12 s przed dodaniem wody. To niezwykłe zachowanie wyjaśnił Asimov(1) jako związane z obecnością w cząsteczce nowego rodzaju centrum chiralnego, które nazwał endochronicznym atomem węgla. O takim atomie można myśleć jako o mającym dwa wiązania (spośród czterech) skierowane w płaszczyźnie czasowej zamiast w przestrzennej: jedno z tych wiązań jest skierowane ku przeszłości, a drugie ku przyszłości. Zakłada się, że wiązanie skierowane ku przyszłości wiąże grupę hydrofilową, taką jak -OH, a wysoka rozpuszczalność, za którą ta grupa jest odpowiedzialna przejawia się jako "wciąganie" całej cząsteczki do roztworu już na 1,12 s przed dodaniem wody.
Prosty model Asimova został następnie rozszerzony zgodnie z pryncypiami teorii względności(4), ale podstawowe założenia nie zostały zmienione. Później, szczegółowe badania strukturalne wykazały, że drugie z wiązań leżących w płaszczyźnie czasowej obejmowało hydroforową grupę -CH3, a pokrewne studia teoretyczne(6) wykazały, że hydrofobowy charakter tej grupy miał znaczny wpływ na wielkość wektora endochroniczności (tzw. endochroniczny moment dipolowy) wzdłuż osi czasowej.
Rys. 1. Endochronometr jednokrokowy (KCh 4/94)
Jak zauważono w notatce(4), liczne Interesujące fizykochemiczne i fizjologiczne doświadczenia z tiotimoliną można przeprowadzić korzystając z prostego urządzenia przedstawionego na rys. 1.
Kiedy tiotimolina T rozpuszcza się w wodzie W, zamyka się obwód elektryczny pozwalając baterii B zapalić lampkę kontrolną w postaci diody luminescencyjnej L a wszystko to dzieje się 1,12 s przed wprowadzeniem wody. Łącząc 9 takich układów szeregowo, z pompą elektromagnetyczną uwalniającą porcję wody w miejscu lampek wskaźnikowych (za wyjątkiem ostatniej) z łatwością uzyskuje się łączną endochroniczność równą 10s. W tej postaci urządzenie jest zwykle zwane chęciomierzem i jest przydatne w technice chęciometrii (ang. willometry - przyp. tłum.).
Pokrótce, chęciometria polega na pomiarze czasu, po którym lampka wskaźnikowa zapala się po podjęciu decyzji o dodaniu wody do pierwszego elementu zestawu. Osobnicy zdecydowani są w stanie osiągnąć pełną endochroniczność 1,12 s na jednostkę układu, podczas gdy osobnicy niezdecydowani, introwertyczni lub ślamazarni wykazują endochroniczność mniejszą. W ogólności, grupy badanych studentek z reguły wykazywały lepsze średnie chęciometryczne niż grupy studentów. W skrajnym przypadku, dwóch badanych studentów (którzy zrobili potem błyskotliwe kariery w uczelnianej biurokracji) wykazało nawet wartości ujemne - tiotimolina zwlekała z rozpuszczeniem się nawet po dodaniu przez nich wody.
Chociaż wiele interesujących wyników otrzymano w tych pionierskich latach, potencjalne kierunki wykorzystania tiotimoliny w praktyce np. w przewidywaniu zjawisk ekonomicznych nie zostały, niestety, zrealizowane. W trakcie badań porównujących rożne modele chęciomierza w Laboratorium Chemii Fizycznej Uniwersytetu w Oksfordzie, pewna szczególnie zdecydowana studentka(7) stwierdziła z całą stanowczością, że cała idea tiotimoliny jest sprzeczna ze zdrowym rozsądkiem i w związku z tym badane urządzenia nie mogą działać. Rzeczywiście, od tego czasu nie stwierdzono, by jakakolwiek próbka tiotimoliny rozpuściła się wczesnej niż na kilka mikrosekund przed dodaniem wody, a większość współczesnych próbek rozpuszcza się w wodzie słabo, o ile w ogóle. W konsekwencji, chociaż nadal było dostępne finansowanie badań przez te agencje, które istnieją po to by wspierać badania naukowe, które politycy są w stanie zrozumieć, z naukowego punktu widzenia badania nad tiotimoliną stały się dziedziną martwą.
Powstaje zatem pytanie, po co omawiać martwe pole badań? Odpowiedz brzmi pokrótce tak, że właściwości tiotimoliny mają związek z chemią i fizyką innej obiecującej substancji nazwanej wstępnie tiospaceolina (ang. time - czas, space - przestrzeń - przyp. tłum.). Te badania nie są martwe i prawdopodobnie będzie prawdą stwierdzenie, że w ciągu ostatnich dwóch lub trzech lat więcej prac poświęcono chemii związków związanych z tiospaceolina niż jakiejkolwiek innej klasie podobnych związków chemicznych. Dalsza cześć niniejszego artykułu jest poświęcona najnowszym studiom w tej fascynującej dziedzinie. Większość opisanych badań przeprowadził autor w trakcie swego stażu w Gedanken Institute w Bernkastel-Kues.

Właściwości tiospaceoliny
Zasadniczą makroskopową cechę tiotimoliny można nazwać przesunięciem czasowym. Gdy dodaje się wody w chwili t1, próbka rozpuszcza się w chwili t2 gdzie, dla próbki czystej, t2 leży o 1,12 s ku przyszłości względem t1 (w układzie odniesienia spoczywającym względem próbki i wody). Analogicznie, zasadniczą makroskopową cechę tiospaceoliny można określić jako przesunięcie przestrzenne. Gdy umieści się dwie próbki tego samego materiału w położeniu o współrzędnych x1 i x2 względem danego układu odniesienia, to po dodaniu wody do próbki umieszczonej w x1, rozpuszcza się probka w x2.

Powyższe wyjaśnienie stanowi oczywiście pewne uproszczenie, gdyż o ile próbki nie znajdują się dostatecznie blisko, rozpuszczają się w pewnym stopniu obie, a udział rozpuszczającej się próbki w x2 maleje ze wzrostem odległości |x2-x1|. Wspomniany efekt jest znaczny i istnieje pewne graniczne oddalenie, nazwane najdalszym skutecznym rozsunięciem substancji (zwykle oznaczane DELTAmax), powyżej którego cały efekt zanika.
Wartość DELTAmax jest zawsze większa dla próbek czystych niż zanieczyszczonych. Niestety, trudności w otrzymaniu badanego materiału o wysokim stanie czystości nie zostały dotychczas przezwyciężone, ale liniowa ekstrapolacja z próbek o szacowanej czystości pozwala stwierdzić, że maksymalna możliwa wartość DELTAmax nie różni się wiele od iloczynu 1,12 s przez prędkość światła, co daje nieco ponad 200 000 mil (angielskich - przyp. tłum.). Jeśli okazałoby się to prawdą, wynik ten będzie miał istotne znaczenie teoretyczne gdyż wykaże wspólne podstawy obu zjawisk przesunięcia - a mianowicie obecność przynajmniej jednego endochronicznego atomu węgla. Dalej, ponieważ czasowe przesunięcie rozpuszczalności jest dla tiospaceoliny równe zeru, wynik ten sugeruje możliwość nawiązania ultra szybkiej łączności, a zwłaszcza zbudowania ultra szybkich płynnych komputerów, podczas gdy obecnie sprawność wielu urządzeń elektronicznych jest ograniczona skończoną prędkością rozchodzenia się sygnałów elektrycznych.
Obecny stan badań tiospaceoliny jest taki, że większość wysiłku włożono w próby otrzymania czystych próbek i w wyjaśnienie mechanizmu powstawania zjawiska przesunięcia przestrzennego, podczas gdy doniesiono tylko o nielicznych próbach zastosowań(8). (...).

Leon F. Phillips
Wydział Chemii, Uniw. Canterbury
Nowa Zelandia

Przedrukowano za zgodą wydawcy z czasopisma "CHEM NZ" Nr 54, marzec 1994 r.

Literatura

  1. I. Asimov. Ast. Sci. Fic. 50 (1948) 120
  2. I. Asimov. Ast. Sci. Fic. (Br. Edn.), 5 (1954) 87
  3. I. Asimov. Analog (Br. Edn) 17 (1961) 46
  4. L. F. Phillips, J. N. Z. Inst. Chem. 38 (1974) 162
  5. P. J. Steel, praca niepublikowana
  6. R. G. A. R. Maclaga, komentarz nie do druku
  7. Studentka nazywała się Margaret Roberts. Później wyszła za niejakiego Denisa Tchatchera i porzuciła karierę naukową, ku uldze swego promotora
  8. Testowano proste urządzenie alarmowe z wykorzystaniem aparatu podobnego do widocznego na rys. 1 umieszczonego na komendzie policji i z układu do wprowadzania wody zainstalowanego w pobliżu okna którym mógł wejść rabuś do domu autora. Niestety, z powodu kradzieży prototypu, próby zarzucono.
Menu2