本Valsler
本周，布莱恩·克莱格带我们回到他的青年时代……
布莱恩·克莱格
十几岁的时候，我很好地利用了硝基甲烷——它含有CH4甲烷的结构氢原子被二氧化氮取代——它是辉光塞发动机燃料中的氧化剂。但我不知道化合物的大哥，四硝基甲烷所有甲烷的四个氢原子中的一个被NO取代2。这仍然使四硝基甲烷成为一种非常简单的有机化合物——尽管它于1857年首次被制造出来，但它的结构被证明是如此难以捉摸，直到2017年才被牢固地确定下来。
和硝基甲烷一样，四硝基甲烷也是一种氧化剂——但更强。这应该使它成为太空火箭的自然选择，因为太空火箭需要氧化剂和燃料，因为它们很快就会到达没有足够燃料的高度氧气可用。第二次世界大战期间，德国正在进行试验工作，使用四硝基甲烷来扩大V2火箭的射程。不过，对盟军来说幸运的是，至少可以说，四硝基甲烷是一种难以处理的物质。首先，它是剧毒的，会导致器官和神经系统衰竭。其次，这对想成为火箭专家的人来说是一场噩梦。它不仅能在13.9摄氏度左右冻结，使其在温度控制的反应室外成为一种不切实际的液体氧化剂，而且它的工作非常出色，与少量燃料混合使其成为一种高度敏感的爆炸物——想想硝酸甘油，但更敏感。
似乎没有人会想要制造这种敏感的物质，但除了火箭实验之外，二战期间的德国还用它来改进柴油燃料。作为一种少量的添加剂，四硝基甲烷可以减少燃料点燃所需的时间，使其在高速发动机中更有效。
除此之外，四硝基甲烷也被用于一系列实验室反应，主要是将硝基转移到其他分子上，但它最出名的是那种难以捉摸的结构。引用1976年一篇关于四硝基甲烷化学的论文，“不同的工作人员对四硝基甲烷测定的物理化学常数差异很大，因此很难用它们来描述化合物的结构或评估其纯度。”
期望这样一个简单的分子具有整齐而明显的对称结构是合理的，但四硝基甲烷却不是这样。在他们2017年的论文中，Yury Vishnevskiy, Denis Tikhonov及其同事把它描述为“分子在气态和固态的灵活性的噩梦”。“几十年来，试图确定其结构的尝试都以失败告终，不同的方法产生了一系列的预测——这就相当于盲人和大象的古老故事，每个人都感觉到了动物的不同部分，并将其描述为从蛇到墙的任何东西。”
当四硝基甲烷在1857年首次被生产出来时，关于分子结构的想法还很原始。Kekulé刚刚观察到a碳一个原子与另外四个原子相连，而原子作为实际的物理实体是否存在，在接下来的几十年里一直被争论不休。但是我们对分子相互作用的现代理解——尤其是复杂的有机分子——高度依赖于能够准确地确定它们的结构。
随着我们对分子的了解越来越多，我们已经建立了越来越复杂的模型——从学校里使用的球和棒，到克里克和沃森1953年DNA模型中的金属板和金属条，再到我们今天看到的生动的蛋白质结构计算机模型。然而，所有这些模型都涉及到一个主要的简化——我们知道，在现实中，原子尺度上没有什么是静止的。化学键不是固定的棍子，而是有扭曲和移动的潜力——理解四硝基甲烷需要将分子建模提升到一个新的水平。
新的分析使用了一个复杂的四维模型来描述当四硝基甲烷是气体时，中心碳原子周围硝基的扭曲和振动，最终符合观察到的行为。同样，为了解释其对x射线衍射的响应，已经开发了一个高度无序的高温固相与更有结构的低温相结合的模型。
四硝基甲烷是一种实际用途相对有限的危险物质。但它也可以改变我们对分子结构和潜在相互作用的方法，从单一固定形状的限制到认识到四硝基甲烷是化合物的变形变压器，并将我们对化学结构细节的理解提高到一个新的水平。
本Valsler
这是布莱恩·克莱格的四硝基甲烷。下周，Kat Arney将关注一种失败的心绞痛药物，它后来成为世界上最著名的药物之一……
Kat Arney
唉，这种有希望的新药开始看起来像一个令人失望的失败。但随后，研究人员注意到试验数据中有些奇怪的地方——服用该药物的男性报告出现了越来越多不寻常的副作用，但并不完全是不想要的副作用
本Valsler
如果你猜不到，那就等着下周和Kat一起揭晓吧。在那之前，让我们知道如果有任何化合物你想听到覆盖-电子邮件chemistryworld@rsc.org或推特@chemistryworld。我是本·瓦尔斯勒，感谢收看。
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