Cabinet of Chemical Curiosities - Bahagi 2

Sa nakaraang isyu ng seksyon ng chemistry, ilang mga compound mula sa chemical freak show ang ipinakita (paghusga sa pangalan ng serye, tiyak na hindi mo malalaman ang tungkol sa mga ito sa paaralan). Ang mga ito ay lubos na kagalang-galang na "mga tao" na, sa kabila ng kanilang hindi pangkaraniwang hitsura, ay ginawaran ng Nobel Prize, at ang kanilang mga ari-arian sa ilang mga lugar ay halos hindi ma-overestimated. Sa artikulong ito, oras na upang makilala ang mga susunod na orihinal na karakter mula sa larangan ng kimika, na hindi gaanong kawili-wili kaysa sa mga crown ether at kanilang mga derivatives.

mga puno ng kemikal

Ang mga podands, mga compound na may mahabang kadena na nakakabit sa gitnang bahagi ng molekula, ay nagbigay ng bagong klase ng mga sangkap (higit pa sa "mga kemikal na octopus" sa artikulo noong nakaraang buwan). Nagpasya ang mga chemist na dagdagan ang bilang ng "mga galamay". Upang gawin ito, sa bawat isa sa mga braso na nagtatapos sa isang pangkat ng mga atom na may kakayahang tumugon, isa pang molekula ang idinagdag, na nagtatapos sa mga kaukulang grupo (dalawa o higit pa; ang punto ay upang madagdagan ang bilang ng mga site na maaaring isama sa iba pang mga particle ). Mas maraming molekula ang nag-react dito, pagkatapos ay higit pa, at iba pa. Ang pagtaas sa laki ng buong sistema ay inilalarawan ng diagram:

Iniugnay ng mga chemist ang mga bagong compound sa lumalaking sanga ng mga puno, kaya tinawag na dendrimeria (mula sa Greek dendron = puno, meros = bahagi). Noong una, nakipagkumpitensya ito sa mga terminong "arborole" (ito ay Latin, kung saan ang arbor ay nangangahulugan din ng puno) o "cascading particles". Bagama't mas kamukha ng may-akda ang gusot na galamay ng dikya o di-aktibong anemone, ang mga tumutuklas, siyempre, ay may karapatan sa mga pangalan. Ang kaugnayan ng mga dendrimer na may mga fractal na istruktura ay isa ring mahalagang obserbasyon.

1. Modelo ng isa sa mga orihinal na dendrimer

yugto ng paglago ng sangay

Ang mga dendrimer ay hindi maaaring lumago nang walang katiyakan (1). Ang bilang ng mga sanga ay lumalaki nang husto, at pagkatapos ng ilan hanggang sampung yugto ng pagkakabit ng mga bagong molekula sa ibabaw ng isang spherical mass, ang libreng espasyo ay nagtatapos (ang kabuuan ay umabot sa mga sukat ng nanometer; ang isang nanometer ay isang bilyong bahagi ng isang metro). Sa kabilang banda, ang mga posibilidad ng pagmamanipula ng mga katangian ng dendrimer ay halos walang limitasyon. Ang mga fragment na naroroon sa ibabaw ay maaaring hydrophilic ("mahilig sa tubig", ibig sabihin, may kaugnayan sa tubig at mga polar solvents) o hydrophobic ("pag-iwas sa tubig", ngunit madaling madikit sa mga non-polar na likido, halimbawa, karamihan sa mga organic. mga solvent). solvents). Katulad nito, ang loob ng isang molekula ay maaaring maging polar o hindi polar sa kalikasan. Sa ilalim ng ibabaw ng dendrimer, sa pagitan ng mga indibidwal na sanga, may mga libreng puwang kung saan maaaring ipasok ang mga napiling sangkap (sa yugto ng synthesis o mas bago, maaari rin silang ikabit sa mga pangkat sa ibabaw). Samakatuwid, sa mga puno ng kemikal, ang lahat ay makakahanap ng isang bagay na angkop para sa kanilang mga pangangailangan. At ikaw, ang mambabasa, bago mo basahin ang artikulong ito hanggang sa wakas, isipin kung ano ang maaari mong gamitin ang mga molekula kung saan, ayon sa kanilang istraktura, ay magiging "kumportable" sa anumang kapaligiran, at ano ang maaaring maglaman ng iba pang mga sangkap?

Siyempre, bilang mga lalagyan para sa pagdadala ng mga napiling compound at pagprotekta sa mga nilalaman nito. (2). Ito ang mga pangunahing aplikasyon ng mga dendrimer. Bagama't karamihan sa kanila ay nasa yugto pa ng pananaliksik, ang ilan sa mga ito ay inilalapat na sa pagsasanay. Ang mga dendrimer ay mahusay para sa pagdadala ng mga gamot sa kapaligiran ng tubig sa katawan. Ang ilang mga gamot ay kailangang espesyal na baguhin upang matunaw sa mga likido sa katawan - ang paggamit ng mga conveyor ay maiiwasan ang mga pagbabagong ito (maaari nilang maapektuhan ang pagiging epektibo ng gamot). Bilang karagdagan, ang aktibong sangkap ay dahan-dahang inilabas mula sa loob ng kapsula, na nangangahulugan na ang mga dosis ay maaaring mabawasan at mas madalas na inumin. Ang attachment ng iba't ibang mga molekula sa ibabaw ng dendrimer ay humahantong sa katotohanan na sila ay kinikilala lamang ng mga selula ng mga indibidwal na organo. Ito, sa turn, ay nagpapahintulot sa gamot na direktang maihatid sa patutunguhan nito, nang hindi inilalantad ang buong katawan sa mga hindi kinakailangang epekto, halimbawa, sa anti-cancer therapy.

2. Modelo ng isang dendrimer na naglalaman ng isa pang molekula

(itaas)

Ang mga kosmetiko ay nilikha batay sa parehong tubig at taba. Gayunpaman, kadalasan ang aktibong sangkap ay nalulusaw sa taba, at ang produktong kosmetiko ay nasa anyo ng isang may tubig na solusyon (at kabaligtaran: ang nalulusaw sa tubig na sangkap ay dapat na halo-halong sa taba base). Ang pagdaragdag ng mga emulsifier (na nagpapahintulot sa pagbuo ng isang matatag na solusyon sa tubig-taba) ay hindi palaging gumagana nang mabuti. Samakatuwid, sinusubukan ng mga laboratoryo ng kosmetiko na gamitin ang potensyal ng mga dendrimer bilang mga conveyor na madaling iakma sa mga pangangailangan. Ang industriya ng mga kemikal sa proteksyon ng pananim ay nahaharap sa mga katulad na problema. Muli, madalas na kinakailangan na paghaluin ang non-polar pestisidyo sa tubig. Pinapadali ng mga dendrimer ang koneksyon at, bilang karagdagan, unti-unting inilalabas ang pathogen mula sa loob, binabawasan ang dami ng mga nakakalason na sangkap. Ang isa pang aplikasyon ay ang pagproseso ng metallic silver nanoparticle, na kilala na sumisira sa mga mikrobyo. Ang pananaliksik ay isinasagawa din sa paggamit ng mga dendrimer upang maghatid ng mga antigen sa mga bakuna at mga fragment ng DNA sa mga genetic na pag-aaral. Marami pang posibilidad, kailangan mo lang gamitin ang iyong imahinasyon.

Mga balde

Ang glucose ay ang pinaka-masaganang organic compound sa buhay na mundo. Tinatayang ito ay ginagawa taun-taon sa halagang 100 bilyong tonelada! Ginagamit ng mga organismo ang pangunahing produkto ng photosynthesis sa iba't ibang paraan. Ang glucose ay pinagmumulan ng enerhiya sa mga selula, nagsisilbing reserbang materyal (vegetable starch at animal glycogen) at building material (cellulose). Sa pagliko ng ikalabinsiyam at ikadalawampu siglo, ang mga produkto ng bahagyang pagkasira ng starch sa pamamagitan ng pagkilos ng bacterial enzymes (dinaglat na KD) ay nakilala. Gaya ng ipinahihiwatig ng pangalan, ito ay mga cyclic o ring compound:

Binubuo ang mga ito ng anim (variant a-CD), pito (b-CD), o walong (g-CD) glucose molecules, bagama't mas malalaking singsing ay kilala rin. (3). Ngunit bakit ang mga metabolic na produkto ng ilang bakterya ay kawili-wili na sila ay binibigyan ng lugar sa "Young Technical School"?

3. Mga modelo ng cyclodextrins. Mula kaliwa pakanan: a - KD, b - KD, g - KD.

Una sa lahat, ang mga cyclodextrins ay mga compound na nalulusaw sa tubig, na hindi dapat maging isang sorpresa - ang mga ito ay medyo maliit at binubuo ng mataas na natutunaw na glucose (ang starch ay bumubuo ng masyadong malalaking particle upang bumuo ng isang solusyon, ngunit maaaring masuspinde). Pangalawa, maraming mga pangkat ng OH at mga atomo ng oxygen ng glucose ang nakakapagbigkis ng iba pang mga molekula. Pangatlo, ang mga cyclodextrins ay nakuha sa pamamagitan ng isang simpleng biotechnological na proseso mula sa mura at magagamit na almirol (kasalukuyang nasa dami ng libu-libong tonelada bawat taon). Pang-apat, nananatili silang ganap na hindi nakakalason na mga sangkap. At, sa wakas, ang pinakaorihinal ay ang kanilang anyo (na dapat mong imungkahi, ang Reader, kapag ginagamit ang mga compound na ito): Isang napakalalim na bucket, i.e. Ang mga cyclodextrins ay angkop para sa pagdadala ng iba pang mga sangkap (ang isang molekula na dumaan sa isang mas malaking butas ay hindi mahuhulog). lalagyan sa ibaba, at, bukod dito, ito ay nakagapos ng interatomic forces). Dahil sa hindi nakakapinsala sa kalusugan, maaari silang magamit bilang isang sangkap sa mga gamot at pagkain.

Gayunpaman, ang unang paggamit ng cyclodextrins, na natuklasan sa ilang sandali pagkatapos ng paglalarawan, ay catalytic activity. Ito ay nagkataon na ang ilang mga reaksyon sa kanilang pakikilahok ay nagpapatuloy sa isang ganap na naiibang paraan kaysa sa kawalan ng mga compound na ito sa kapaligiran. Ang dahilan ay ang substrate molecule ("panauhin") ay nakapasok sa loob ng bucket ("host") (4, 5). Samakatuwid, ang isang bahagi ng molekula ay hindi naa-access sa mga reagents, at ang pagbabago ay maaaring mangyari lamang sa mga lugar na nakausli sa labas. Ang mekanismo ng pagkilos ay katulad ng pagkilos ng maraming mga enzyme, na "nagtatakpan" din ng mga bahagi ng mga molekula.

4. Modelo ng isang molekula ng cyclodextrin na naglalaman ng isa pang molekula.

5. Isa pang pagtingin sa parehong complex

Anong mga molekula ang maaaring maimbak sa loob ng cyclodextrins? Halos anumang bagay na magkakasya sa loob - ang pagtutugma ng laki ng bisita at host ay mahalaga (tulad ng sa mga corona ether at mga derivatives nito; tingnan ang artikulo noong nakaraang buwan) (6). Ang pag-aari na ito ng cyclodextrins

6. Ang Cyclodextrin ay nakasabit sa isa pang kadena

mga molekula, i.e. rotaxane (higit pang mga detalye: sa isyu

Enero)

ginagawang kapaki-pakinabang ang mga ito para sa piling pagkuha ng mga compound mula sa kapaligiran. Kaya, ang mga sangkap ay dinadalisay at hinihiwalay mula sa pinaghalong pagkatapos ng reaksyon (halimbawa, sa paggawa ng mga gamot).

Iba pang gamit? Posibleng banggitin ang mga sipi mula sa nakaraang artikulo sa cycle (mga modelo ng mga enzyme at transporter, hindi lamang mga ionic - ang mga cyclodextrins ay nagdadala ng iba't ibang mga sangkap) at isang sipi na naglalarawan ng mga dendrimer (nagdadala ng mga aktibong sangkap sa mga gamot, kosmetiko at mga produktong proteksyon ng halaman). Ang mga benepisyo ng cyclodextrin packaging ay magkatulad din - lahat ay natutunaw sa tubig (hindi tulad ng karamihan sa mga gamot, kosmetiko at pestisidyo), ang aktibong sangkap ay unti-unting inilalabas at tumatagal ng mas matagal (na nagbibigay-daan para sa mas maliit na dosis), at ang ginamit na lalagyan ay biodegradable (mabilis na nabubulok ang mga microorganism. ). natural na produkto, ito ay na-metabolize din sa katawan ng tao). Ang mga nilalaman ng pakete ay protektado din mula sa kapaligiran (nabawasan ang pag-access sa nakaimbak na molekula). Ang mga produktong proteksyon ng halaman na inilagay sa mga cyclodextrin ay may anyo na maginhawa para sa paggamit. Ito ay isang puting pulbos, katulad ng harina ng patatas, na natunaw sa tubig bago gamitin. Samakatuwid, hindi na kailangang gumamit ng mga mapanganib at nasusunog na mga organikong solvent.

Kapag nagba-browse sa listahan ng mga gamit para sa cyclodextrin, makakakita tayo ng ilang iba pang "lasa" at "amoy" dito. Habang ang una ay isang karaniwang ginagamit na metapora, ang huli ay maaaring mabigla sa iyo. Gayunpaman, ang mga balde ng kemikal ay nagsisilbing mag-alis ng masasamang amoy at mag-imbak at maglabas ng ninanais na mga aroma. Ang mga air freshener, odor absorbers, pabango at mabangong papel ay ilan lamang sa mga halimbawa ng paggamit ng mga cyclodextrin complex. Ang isang kagiliw-giliw na katotohanan ay ang mga compound ng pampalasa na nakabalot sa mga cyclodextrins ay idinagdag sa mga pulbos sa paghuhugas. Sa panahon ng pamamalantsa at pagsusuot, ang halimuyak ay unti-unting nasisira at inilalabas.

Oras na para subukan. "Ang isang mapait na gamot ay pinakamahusay na nagpapagaling," ngunit ito ay nakakatakot. Gayunpaman, kung ito ay ibinibigay sa anyo ng isang kumplikadong may cyclodextrin, walang mga hindi kasiya-siyang sensasyon (ang sangkap ay nakahiwalay sa mga lasa). Ang kapaitan ng grapefruit juice ay inaalis din sa tulong ng cyclodextrins. Ang mga extract ng bawang at iba pang pampalasa ay mas matatag sa anyo ng mga complex kaysa sa libreng anyo. Ang mga katulad na naka-package na lasa ay nagpapahusay sa lasa ng kape at tsaa. Bilang karagdagan, ang pagmamasid sa kanilang aktibidad na anticholesterol ay nagsasalita pabor sa mga cyclodextrins. Ang mga particle ng "masamang" kolesterol ay nagbubuklod sa loob ng balde ng kemikal at ilalabas mula sa katawan sa ganitong anyo. Kaya ang mga cyclodextrins, mga produkto ng natural na pinagmulan, ay kalusugan din mismo.