کابینه کنجکاوی های شیمیایی - قسمت 2

در شماره قبلی بخش شیمی، چندین ترکیب از نمایش شیمی freak ارائه شد (با قضاوت با نام سریال، قطعاً در مدرسه با آنها آشنا نخواهید شد). اینها "افراد" کاملاً محترمی هستند که علیرغم ظاهر غیرمعمول آنها جایزه نوبل را دریافت کردند و به سختی می توان دارایی آنها را در تعدادی از زمینه ها دست بالا گرفت. در این مقاله، زمان آن رسیده است که با شخصیت های اصلی بعدی از قلمرو شیمی آشنا شوید، که کمتر از اترهای تاج و مشتقات آنها جالب نیستند.

درختان شیمیایی

غلاف‌ها، ترکیباتی با زنجیره‌های بلند متصل به بخش مرکزی مولکول، دسته جدیدی از مواد را ایجاد کرده‌اند (اطلاعات بیشتر در مورد «اختاپوس‌های شیمیایی» در مقاله ماه گذشته). شیمیدان ها تصمیم گرفتند تعداد "شاخک ها" را افزایش دهند. برای انجام این کار، به هر یک از بازوهایی که به گروهی از اتم‌ها ختم می‌شود، مولکول دیگری اضافه شد که به گروه‌های مربوطه (دو یا بیشتر) ختم می‌شود؛ نکته این است که تعداد مکان‌هایی را که می‌توان با ذرات دیگر ترکیب کرد افزایش داد. ). مولکول های بیشتری با آن واکنش نشان دادند، سپس بیشتر و غیره. افزایش اندازه کل سیستم توسط نمودار نشان داده شده است:

شیمیدانان ترکیبات جدید را به شاخه های در حال رشد درختان مرتبط کرده اند، از این رو به نام dendrimeria (از یونانی dendron = درخت، meros = قسمت) نامگذاری شده است. در ابتدا، با اصطلاحات "arborole" (این لاتین است، جایی که arbor همچنین به معنای درخت است) یا "ذرات آبشاری" رقابت می کرد. اگرچه نویسنده بیشتر شبیه شاخک های درهم چتر دریایی یا شقایق های غیرفعال به نظر می رسد، اما کاشفان، البته، حق نام گذاری دارند. ارتباط دندریمرها با ساختارهای فراکتالی نیز یک مشاهدات مهم است.

1. مدل یکی از دندریمرهای اصلی

مرحله رشد شاخه

دندریمرها نمی توانند به طور نامحدود رشد کنند (1). تعداد شاخه ها به طور تصاعدی رشد می کند و پس از چند تا ده مرحله از اتصال مولکول های جدید بر روی سطح یک جرم کروی، فضای آزاد به پایان می رسد (کل به ابعاد نانومتری می رسد؛ نانومتر یک میلیاردیم متر است). از سوی دیگر، امکان دستکاری خواص دندریمر تقریباً نامحدود است. قطعات موجود در سطح می توانند آبدوست ("عاشق آب"، یعنی میل به آب و حلال های قطبی) یا آبگریز ("جلوگیری از آب"، اما مستعد تماس با مایعات غیر قطبی، به عنوان مثال، بیشتر ارگانیک ها هستند. حلال ها). حلال ها). به طور مشابه، درون یک مولکول می تواند ماهیت قطبی یا غیر قطبی داشته باشد. در زیر سطح دندریمر، بین شاخه های منفرد، فضاهای آزاد وجود دارد که می توان مواد منتخب را به آن وارد کرد (در مرحله سنتز یا بعداً می توان آنها را به گروه های سطحی نیز متصل کرد). بنابراین در میان درختان شیمیایی، هرکس چیزی مناسب برای نیاز خود پیدا می کند. و شما، خواننده، قبل از اینکه این مقاله را تا انتها بخوانید، به این فکر کنید که از مولکول هایی که با توجه به ساختار آنها در هر محیطی "راحتی" خواهند بود، چه می توانید استفاده کنید و چه مواد دیگری می تواند حاوی باشد؟

البته به عنوان ظروف حمل و نقل ترکیبات انتخابی و محافظت از محتویات آنها. (2). اینها کاربردهای اصلی دندریمرها هستند. اگرچه اکثر آنها هنوز در مرحله تحقیق هستند، اما برخی از آنها در حال حاضر در عمل اعمال می شوند. دندریمرها برای انتقال داروها در محیط آبی بدن بسیار عالی هستند. برخی از داروها برای حل شدن در مایعات بدن نیاز به اصلاح ویژه دارند - استفاده از نوار نقاله از این تغییرات جلوگیری می کند (آنها می توانند تأثیر نامطلوبی بر اثربخشی دارو بگذارند). علاوه بر این، ماده فعال به آرامی از داخل کپسول آزاد می شود، به این معنی که دوزها را می توان کاهش داد و دفعات کمتری مصرف کرد. اتصال مولکول های مختلف به سطح دندریمر منجر به این واقعیت می شود که آنها فقط توسط سلول های اندام های فردی شناسایی می شوند. این به نوبه خود اجازه می دهد تا دارو مستقیماً به مقصد منتقل شود، بدون اینکه کل بدن را در معرض عوارض جانبی غیرضروری قرار دهد، مثلاً در درمان ضد سرطان.

2. مدل دندریمر حاوی مولکول دیگر

(بالا)

لوازم آرایشی بر اساس آب و چربی ایجاد می شوند. با این حال، اغلب ماده فعال محلول در چربی است و محصول آرایشی به شکل محلول آبی است (و بالعکس: ماده محلول در آب باید با پایه چربی مخلوط شود). افزودن امولسیفایرها (که اجازه تشکیل محلول پایدار آب-چربی را می دهد) همیشه کارایی مطلوبی ندارد. از این رو آزمایشگاه های آرایشی و بهداشتی در تلاش هستند تا از پتانسیل دندریمرها به عنوان نوار نقاله هایی استفاده کنند که به راحتی با نیازها سازگار شوند. صنعت مواد شیمیایی حفاظت از محصولات با مشکلات مشابهی مواجه است. باز هم، اغلب لازم است آفت کش غیرقطبی با آب مخلوط شود. دندریمرها اتصال را تسهیل می کنند و علاوه بر این با رهاسازی تدریجی عامل بیماری زا از داخل، میزان مواد سمی را کاهش می دهند. کاربرد دیگر فرآوری نانوذرات نقره فلزی است که به تخریب میکروب ها معروف است. تحقیقات همچنین در مورد استفاده از دندریمرها برای انتقال آنتی ژن در واکسن ها و قطعات DNA در مطالعات ژنتیکی در حال انجام است. امکانات بیشتری وجود دارد، فقط باید از تخیل خود استفاده کنید.

سطل

گلوکز فراوان ترین ترکیب آلی در جهان زنده است. تخمین زده می شود که سالانه 100 میلیارد تن تولید می شود! موجودات زنده از محصول اصلی فتوسنتز به روش های مختلف استفاده می کنند. گلوکز منبع انرژی در سلول ها است، به عنوان ماده ذخیره (نشاسته گیاهی و گلیکوژن حیوانی) و ماده ساختمانی (سلولز) عمل می کند. در اواخر قرن نوزدهم و بیستم، محصولات حاصل از تجزیه جزئی نشاسته توسط عمل آنزیم های باکتریایی (به اختصار KD) شناسایی شد. همانطور که از نام آن پیداست، اینها ترکیبات حلقوی یا حلقه ای هستند:

آنها از شش (نوع a-CD)، هفت (b-CD) یا هشت (g-CD) مولکول گلوکز تشکیل شده اند، اگرچه حلقه های بزرگتر نیز شناخته شده است. (3). اما چرا فرآورده های متابولیک برخی از باکتری ها آنقدر جالب است که به آنها در «دانشکده فنی جوان» جای داده می شود؟

3. مدل های سیکلودکسترین ها. از چپ به راست: a - KD، b - KD، g - KD.

اول از همه، سیکلودکسترین ها ترکیبات محلول در آب هستند که نباید تعجب آور باشد - آنها نسبتا کوچک هستند و از گلوکز بسیار محلول تشکیل شده اند (نشاسته ذرات بسیار بزرگی را برای تشکیل محلول تشکیل می دهد، اما می توان آن را معلق کرد). ثانیا، گروه های متعدد OH و اتم های اکسیژن گلوکز قادر به اتصال مولکول های دیگر هستند. ثالثاً، سیکلودکسترین ها با یک فرآیند ساده بیوتکنولوژیکی از نشاسته ارزان و در دسترس (در حال حاضر به میزان هزاران تن در سال) به دست می آیند. چهارم، آنها مواد کاملا غیر سمی باقی می مانند. و در نهایت، اصلی ترین شکل آنها است (که شما، خواننده، باید هنگام استفاده از این ترکیبات پیشنهاد دهید): یک سطل بدون ته، یعنی. سیکلودکسترین ها برای حمل مواد دیگر مناسب هستند (مولکولی که از سوراخ بزرگ تری عبور کرده است نمی افتد). ظرف در پایین، و علاوه بر این، توسط نیروهای بین اتمی محدود شده است). به دلیل بی ضرر بودن برای سلامتی، می توان از آنها به عنوان یک ماده در داروها و غذاها استفاده کرد.

با این حال، اولین استفاده از سیکلودکسترین ها، که مدت کوتاهی پس از توصیف کشف شد، فعالیت کاتالیزوری بود. به طور تصادفی مشخص شد که برخی از واکنش ها با مشارکت آنها به روشی کاملاً متفاوت از عدم وجود این ترکیبات در محیط انجام می شود. دلیل آن این است که مولکول بستر ("مهمان") در داخل سطل ("میزبان") قرار می گیرد. (4، 5). بنابراین، بخشی از مولکول برای معرف‌ها غیرقابل دسترسی است و تغییر شکل فقط در مکان‌هایی که بیرون زده می‌توانند رخ دهد. مکانیسم اثر مشابه عملکرد بسیاری از آنزیم ها است که بخش هایی از مولکول ها را نیز "نقاب" می کنند.

4. مدل مولکول سیکلودکسترین حاوی مولکول دیگر.

5. نگاهی دیگر به همین مجموعه

چه مولکول هایی را می توان در سیکلودکسترین ها ذخیره کرد؟ تقریباً هر چیزی که در داخل قرار می گیرد - تطبیق اندازه مهمان و میزبان بسیار مهم است (مانند اترهای کرونا و مشتقات آنها؛ مقاله ماه گذشته را ببینید) (6). این خاصیت سیکلودکسترین هاست

6. سیکلودکسترین بر روی یک زنجیره دیگر

مولکول ها، به عنوان مثال روتاکسان (جزئیات بیشتر: در شماره

ژانویه)

آنها را برای گرفتن انتخابی ترکیبات از محیط مفید می کند. بنابراین، مواد پس از واکنش (به عنوان مثال، در ساخت داروها) خالص شده و از مخلوط جدا می شوند.

استفاده دیگر؟ می‌توان گزیده‌هایی از مقاله قبلی در چرخه (مدل‌های آنزیم‌ها و ناقل‌ها، نه تنها یونی - سیکلودکسترین‌ها مواد مختلف را انتقال می‌دهند) و گزیده‌ای که دندریمرها (انتقال مواد فعال در داروها، لوازم آرایشی و محصولات محافظت از گیاهان) را توصیف می‌کند، ذکر کرد. مزایای بسته بندی سیکلودکسترین نیز مشابه است - همه چیز در آب حل می شود (بر خلاف اکثر داروها، لوازم آرایشی و آفت کش ها)، ماده فعال به تدریج آزاد می شود و ماندگاری بیشتری دارد (که دوزهای کمتری را ممکن می کند)، و ظرف مورد استفاده زیست تخریب پذیر است (میکروارگانیسم ها به سرعت تجزیه می شوند. ). محصول طبیعی، در بدن انسان نیز متابولیزه می شود). محتویات بسته نیز از محیط محافظت می شود (کاهش دسترسی به مولکول ذخیره شده). محصولات محافظت از گیاه که در سیکلودکسترین ها قرار می گیرند دارای فرمی هستند که برای استفاده راحت است. پودری سفید رنگ شبیه آرد سیب زمینی است که قبل از مصرف در آب حل می شود. بنابراین نیازی به استفاده از حلال های آلی خطرناک و قابل اشتعال نیست.

هنگام مرور فهرست استفاده‌های سیکلودکسترین، می‌توانیم چندین «طعم» و «بو» دیگر را در آن پیدا کنیم. در حالی که اولی یک استعاره رایج است، دومی ممکن است شما را شگفت زده کند. با این حال، سطل های شیمیایی برای از بین بردن بوهای بد و ذخیره و انتشار عطرهای دلخواه عمل می کنند. خوشبو کننده های هوا، جاذب بو، عطرها و کاغذهای معطر تنها چند نمونه از استفاده از کمپلکس های سیکلودکسترین هستند. یک واقعیت جالب این است که ترکیبات طعم دهنده بسته بندی شده در سیکلودکسترین ها به پودرهای لباسشویی اضافه می شوند. در طول اتو کردن و پوشیدن، عطر به تدریج شکسته و آزاد می شود.

زمان تلاش «داروی تلخ بهترین معالجه است» اما طعم وحشتناکی دارد. با این حال، اگر به شکل یک کمپلکس با سیکلودکسترین تجویز شود، هیچ احساس ناخوشایندی وجود نخواهد داشت (ماده از جوانه های چشایی جدا می شود). تلخی آب گریپ فروت نیز با کمک سیکلودکسترین ها از بین می رود. عصاره سیر و سایر ادویه جات ترشی جات به شکل کمپلکس بسیار پایدارتر از حالت آزاد است. طعم های بسته بندی مشابه طعم قهوه و چای را افزایش می دهند. علاوه بر این، مشاهده فعالیت ضد کلسترول آنها به نفع سیکلودکسترین ها صحبت می کند. ذرات کلسترول "بد" در داخل سطل شیمیایی متصل می شوند و به این شکل از بدن دفع می شوند. بنابراین سیکلودکسترین ها، محصولاتی با منشاء طبیعی، نیز خود سلامت هستند.