Х68 Межмолекулярные комплексы: Роль вандерваальсовых систем в физической химии и биодисциплинах: Пер. с англ. — М.: Мир, 1989. — 376 с., ил.
ISBN 5-03-001103-х
В книге чехословацких авторов рассматривается современное состояние исследований во многих важных областях химии, биохимии, биофизики, где имеют место явления, обусловленные межмолекулярными взаимодействиями. Последние оказывают значительное влияние на свойства разнообразных систем — газов, жидкостей, растворов, дисперсных и коллоидных систем, определяют кинетику многих химических реакций и особенно заметно проявляются в биологических системах на молекулярном уровне.
Для научных работников — физикохимиков, биохимиков, биофизиков, а также для студентов, аспирантов и молодых специалистов.
ОТ ПЕРЕВОДЧИКА
Книга чехословацких авторов П. Хобзы и Р. Заградника* «Межмолекулярные комплексы» посвящена рассмотрению природы межмолекулярных (вандерваальсовых) взаимодействий и их разнообразных проявлений в химии, молекулярной физике и биологии. Межмолекулярные взаимодействия оказывают существенное влияние на физико-химические свойства растворов, коллоидов, жидких кристаллов, биологических систем, определяют кинетику многих химических и большинства биохимических реакций. В последнее время достигнут значительный прогресс во всестороннем изучении межмолекулярных взаимодействий. Он стал возможен благодаря развитию новых экспериментальных методик, а также теоретических подходов, основанных главным образом на квантовой химии и проведении сложных компьютерных расчетов.
Проблеме межмолекулярных взаимодействий в физико-химических и биологических системах заслуженно уделяется большое внимание в научной литературе. Однако, несмотря на публикацию ряда отечественных и переводных специальных книг по данной тематике**, нашим читателям, особенно студентам и преподавателям физико-химических и химико-биологических дисциплин, явно недостает систематических руководств, вводящих в эту сложную область современных знаний. Указанный пробел удачно восполняет книга П. Хобзы и Р. Заградника.
Первая глава, имеющая вводный характер, знакомит с физической природой межмолекулярных взаимодействий, а также с их феноменологическим описанием. В ней дается классификация вандерваальсовых систем и приводятся сведения о важнейших опубликованных монографиях и обзорах по соответствующей тематике.
Далее обсуждаются теоретические методы изучения межмолекулярных взаимодействий. После общего рассмотрения применимости квантовохимических и других подходов следует подробное изложение способов вычисления точных энергий (метод Хиллерааса, методы конфигурационного взаимодействия и многочастичной теории возмущений, метод валентных связей и др.); описано приближение самосогласованного поля Хартри — Фока, представлены различные эмпирические методы, а также методы молекулярного электростатического потенциала и поля. Описан статистический термодинамический подход к исследованию межмолекулярных взаимодействий; рассматриваются применения методов молекулярной динамики и Монте-Карло к этой проблеме.
В общих чертах показаны возможности современных экспериментальных методик для получения сведений о межмолекулярных взаимодействиях: исследование упругого рассеяния молекулярных пучков, методы молекулярной спектроскопии, способы изучения макроскопических свойств и транспортных явлений в вандервааль-совых системах.
В главе, знакомящей с проявлениями межмолекулярных взаимодействий в химии и молекулярной физике, подробно рассматриваются физические свойства изолированных вандерваальсовых комплексов: энергии стабилизации, геометрические параметры, свойства основного и возбужденных электронных состояний, потенциалы ионизации и т. д. Обсуждаются реакционная способность вандерваальсовых молекул, термодинамика их образования, физическая адсорбция, энергии сольватации, а также кинетика образования, перегруппировок и разложения вандерваальсовых комплексов и их участие в различных химических реакциях.
Особый интерес вызывает последняя глава, в которой межмолекулярные взаимодействия и роль вандерваальсовых комплексов рассматриваются применительно к биомолекулярным системам. Здесь обсуждаются несвязывающие внутри- и межмолекулярные взаимодействия в биомолекулах, явления сольватации, обусловленные гидрофобными взаимодействиями, такие важные и общие характеристики биореакций, как механизмы узнавания и дискриминирующие (хиральные) взаимодействия, ферментативный катализ и циклокатализ, влияние сильных локальных электрических полей и роль энтропийного фактора. Рассмотрены взаимодействия между белками, нуклеиновых кислот с малыми и полимерными системами, взаимодействия типа фермент — субстрат, нейромедиатор — рецептор, лекарственный препарат — рецептор, антиген — антите-
ло, взаимодействия мембран и супрамолекулярных систем. Глава завершается обсуждением метаболизма чужеродных веществ, анестезии, химических канцерогенов и модели цветового зрения.
Следует отметить подробнейшую библиографию, приведенную авторами в конце каждой главы.
Есть все основания надеяться, что эту книгу с интересом прочтут химики, физики и биологи, а также студенты и преподаватели естественнонаучных дисциплин.
Е. Розенберг
ОГЛАВЛЕНИЕ
От переводчика ........................................................................... 5
Предисловие авторов к русскому изданию...................................... 8
Предисловие .....'.......................................................................... 9
Глава I. ВВЕДЕНИЕ.............................................................. 11
1.1. Иерархия взаимодействий между элементарными частицами, атомами и молекулами............................... И
1.2. Природа слабых взаимодействий и их феноменологическое описание .......................................................... 14
1.3. Классификация вандерваальсовых систем................— 26
1.4. Обзор литературы, посвященной вандерваальсовым
комплексам............................................................. 27
Литература ............................................................. 28
Глава И. МЕТОДЫ РАСЧЕТА СЛАБЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ ........ 30
11.1. Общее рассмотрение применимости различных кванто-вохимических и других методов ................................. 30
11.2. Методы вычисления точных (нерелятивистских) энергий ............................................................................... 33
11.2.1. Метод Хиллерааса .......................................... 33
11.2.2. Метод конфигурационного взаимодействия и многочастичная теория возмущений ........................... 34
11.2.3. Метод валентных связей.................................. 69
11.2.4. Метод возмущений ......................................... 72
11.2.5. Выводы ......................................................... 105
11.3. Метод Хартри — Фока (самосогласованного поля)...... 106
П.4, Эмпирические методы .............................................. 119
II.5. Молекулярный электростатический потенциал (МЕР) и
молекулярное электростатическое поле (МЕР) ............. 130
И.6. Статистический термодинамический подход ................ 133
II.7. Методы молекулярной динамики и Монте-Карло......... 142
Дополнение к гл. II ........................................................... 146
Новые и не цитированные ранее исследования............. 146
Литература ............................................................. 154
Глава III. ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ, ДАЮЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СЛАБЫХ МЕЖМОЛЕКУЛЯРНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯХ ............................................................ 162
111.1. Обзор экспериментальных методов ............................ 162
111.2. Упругое рассеяние молекулярных пучков..................... 164
III.3. Спектроскопические методы ____ , ................ . ................ 167
III. 4. Макроскопические свойства и транспортные явления .... 175
Литература ........................................................... '. . 1 79
Глава IV. ПРОЯВЛЕНИЯ ВАНДНРВААЛЬСОВЫХ ВЗАИМОДЕЙСТ-
ВИЙ В МОЛЕ КУЛЯРНОЙ ФИЗИКЕ И ХИМИИ .............. 184
IV. 1. Физические свойства индивидуальных вандерваальсовых
молекул .................................................................. 1 84
IV. 1.1. Энергия стабилизации .................................... 184
IV. 1.2. Геометрия: гиперповерхности потенциальной
энергии и их стационарные точки ............................... 185
IV. 1.3. Основное и электронно-возбужденные состоя-
ния; электронные спектры ......................................... 189
IV. 1.4. Колебательно-вращательная спектроскопия и си-
ловые постоянные .................................................... 196
IV. 1.5. Характеристики, получаемые методами радио-
спектроскопии и микроволновой спектроскопии ........... 206
IV. 1.6. Потенциалы ионизации; спектры эмиссии элек-
тронов (ФЭС, СПИ, ЭСХА) ...................................... 209
IV. 2. Реакционная способность вандерваальсовых молекул ... 212
IV. 2.1. Термодинамика образования ........................... 212
IV. 2. 2. Физическая адсорбция .................................... 215
IV. 2.3. Энергии сольватации ...................................... 222
IV. 2. 4. Скорость образования, конверсии и распада ван-
дерваальсовых молекул ............... , ............................. 236
IV. 2. 5. Участие вандерваальсовых молекул в обычных
химических реакциях .................................................. 237
Дополнение к гл. IV .......................................................... 241
Новые и не цитированные ранее исследования ............. 241
Литература ............................................................. 24 1
Глава V. ПРИЛОЖЕНИЯ К БИОДИСЦИПЛИНАМ ...................... 249
V.1 Несвязывающие внутри- и межмолекулярные взаимо-
действия в больших молекулах .................................. 249
V.2. Важнейшие процессы ................................................ 256
V.2.I. Растворение инертных газов и распределение
между несмешивающимися жидкостями ..................... 256
V.2.2. Явления сольватации, включающие гидрофобные
взаимодействия ........................................................ 262
V.3. Важнейшие и общие характеристики биореакций .......... 265
V.3.I. Механизмы узнавания и дискриминирующие (хи-
ч - 770
ральные) взаимодействия .......................................... L
977
V.3.2. Ферментативный катализ и циклокатализ .......... Ll
V.3.3. Влияние сильного локального электрического по-
283
ля
V.3.4. Важная роль энтропии
ОГЛАВЛЕНИЕ 375
V.4. Взаимодействия между избранными с! 'темами ........... 289
V.4.I. Введение ........................................................ 289
V.4.2. Взаимодействия белков с малыми системами или
с другими белками .................................................. 295
V.4.3. Взаимодействия нуклеиновых кислот с малыми и
полимерными системами .......................................... 302
V.4.4. Взаимодействия фермент — субстрат ................ 317
V.4.5. Взаимодействия гормон — рецептор ................. 319
V.4.6. Взаимодействия нейромедиатор — рецептор ...... 320
V.4.7. Взаимодействия лекарственное вещество — рецептор .................................................................... 320
V.4.8. Взаимодействия антиген — антитело ................ 323
V.4.9. Взаимодействия мембран и супрамолекулярных
систем .................................................................... 325
V.5. Замечания о механизмах некоторых процессов............. 327
V.5.I. Метаболизм чужеродных веществ ..................... 327
V.5.2. Анестезия ...................................................... 328
V.5.3. Химические канцерогены ................................. 332
V.5.4. Модель цветового зрения ................................. 337
Дополнение к гл. V........................................................... 338
Литература ............................................................. 339
Приложение. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ О СТРУКТУРЕ И ГЕОМЕТРИИ ВАНДЕРВААЛЬСОВЫХ
МОЛЕКУЛ .................................................... 350
Литература ............................................................. 364
Предметный указатель ............................................. 366
Цена: 300руб.
