ТОПОЛОГИЯ (от греч.
topos-место и logos-слово, учение) в химии. Как мат. дисциплина м. б. разделена
на две части: теоретико-множественную Т. и геометрическую Т. Первая дает химии
аппарат для описания молекул и процессов на языке графов и матриц. Представление
структурных ф-л в виде графов позволяет пользоваться достижениями графов
теории; на основе аддитивных схем предложено неск. десятков топологич.
индексов, описывающих парциальную электронную плотность, хим. сдвиг в спектрах
ЯМР и др. физ.-хим. характеристики как молекулы в целом, так и отдельных атомов.
Матрица смежности переводит граф молекулы в матричную форму. Построение матричных
элементов по более сложным законам открывает другие возможности, напр, описания
реакц. способности (матрицы Уги, 1960), Представление об односторонней пов-сти-
ленте Мёбиуса-нашло применение в концепции мёбиусовских замкнутых p-электронных
систем, как альтернативе хюк-келевским системам (Э. Хейльброннер, 1964), что
тесно связано с альтернативной фотохим. или термич. реакц. способностью.
Закономерности геометрической,
или структурной, Т. применяют к анализу мол. полиэдров (полиэдрических соединений)-молекул,
имеющих форму тетраэдра, куба, додекаэдра и т. д. Важными достижениями явились
синтезы орг. молекул, имеющих форму фрагментов винтовой пов-сти (гелицены),
замкнутых сфероидальных многогранников углерода С60 и С70
(фуллерены),. а также соед., обладающих т. наз. топологич. связью, т.е. мех.
связью между двумя фрагментами молекулы, как, напр., в катена-нах-двух
моноциклич. молекулах, продетых одна сквозь другую (ф-ла I). Имеющаяся в них
топологич. связь определяется не хим. взаимодействием, а специфич. расположением
ее компонентов. Критическим является достаточно большой
размер цикла, не менее 26 атомов С. Катенан-то-пологич. изомер двух моноциклов.
Аналогично моноцикл еще большего размера (ок. 60 атомов и выше) имеет топологич.
изомер-трилистный узел (II). Нижний предел в числе атомов для существования
топологич. изомеров обусловлен стерич. препятствиями, возникающими вследствие
реальных размеров атомов, в отличие от идеальных геом. точек и линий. Это же
отличие вызывает существование ротаксанов- молекул, в к-рых топологич.
связь появляется благодаря пространств. препятствиям, мешающим конечным группам
большого размера на концах линейной молекулы пройти через цикл достаточно малого
размера.
Структурная Т. сформировалась
в 1960-х гг., когда были разработаны направленные синтезы [2]- и [3]-катенанов
(Г. Шилл). В 1980-е гг. получены молекулы, имеющие геометрию "мёбиусовской
лестницы" (III), т.е. перекрученной мол. полоски, структура к-рой поддерживается
тремя или четырьмя перемычками (Д. Вальба, 1984). Реализована стратегия синтеза,
основанная на использовании комплексов металлов, к-рая привела к получению катенанов
и трилист-ного узла после удаления атомов металла (Ж.-П. Соваж, 1988). Установлено,
что катенановые и узловые структуры встречаются в природных ДНК. Трилистный
узел, мёбиусовская лестница и нек-рые катенаны хиральны. Мат. анализ узлов привел
к возникновению концепции топологич. хиральности (Вальба, 1989).
Лит.: Соколов В.
И., Введение в теоретическую стереохимию, М., 1979.
В. И. Соколов.