Кабинетот на хемиски куриозитети - Дел 2

Претходната епизода од секцијата за хемијата прикажуваше неколку соединенија од хемиски фрик шоу (судејќи според насловот на серијата, дефинитивно нема да дознаете за нив на училиште). Станува збор за доста угледни „личности“ кои, и покрај нивниот необичен изглед, ја добија Нобеловата награда, а нивните имоти во повеќе области тешко може да се преценат. Во овој напис, време е да се запознаете со следните оригинални ликови од кралството на хемијата, не помалку интересни од етери на круната и нивните деривати.

Хемиски дрвја

Подовите, соединенија со долги синџири прикачени на централниот дел на молекулата, доведоа до појава на нова класа на супстанции (повеќе за „хемиските октоподи“ во минатомесечната статија). Хемичарите решија да го зголемат бројот на „пипалата“. За да го направите ова, на секој од краците што завршуваат во група атоми способни да реагираат, додадена е друга молекула, завршувајќи во соодветните групи (две или повеќе; поентата е да се зголеми бројот на делови што би можеле да се поврзат со други честички). . Со него реагирале повеќе молекули, потоа повеќе итн. Зголемувањето на големината на целиот систем е илустрирано со дијаграмот:

Хемичарите ги поврзуваат новите соединенија со растечките гранки на дрвјата, па оттука и името дендримериум (од грчкиот дендрон = дрво, мерос = дел). Првично се натпреваруваше со термините „arborola“ (ова е латински, каде што Arbor значи и дрво) или „каскадни честички“. Иако авторот повеќе личи на заплеткани пипала на медузи или седентарен анемони, откривачите, се разбира, имаат право на имиња. Поврзаноста на дендримерите со фрактални структури е исто така важна опсервација.

1. Модел на еден од дендримерите на оригиналот

фаза на раст на гранката

Дендримерите не можат да растат бесконечно (1). Бројот на гранките расте експоненцијално и по неколку до десет фази на прицврстување на нови молекули на површината на сферичната маса, слободниот простор завршува (целиот достигнува нанометарски димензии; нанометар е милијардити дел од метарот). Од друга страна, можностите за манипулирање со својствата на дендримерот се речиси неограничени. Деловите присутни на површината може да бидат хидрофилни („водољубиви“, т.е. имаат афинитет за вода и поларни растворувачи) или хидрофобни („одбегнуваат вода“, но имаат тенденција да дојдат во контакт со неполарни течности, како на пр. повеќето органски растворувачи) . растворувачи). Слично на тоа, внатрешноста на молекулата може да биде поларна или неполарна по природа. Под површината на дендримерот, помеѓу поединечните гранки, има слободни простори во кои може да се внесат избрани супстанции (во фазата на синтеза или подоцна, тие исто така може да се прикачат на површинските групи). Затоа, меѓу хемиските дрвја секој ќе најде нешто погодно за нивните потреби. А ти, читателу, пред да ја прочиташ оваа статија до крај, размисли за што можеш да користиш молекули за кои, врз основа на нивната структура, ќе бидат „удобни“ во која било средина, а кои може да содржат други супстанции?

Се разбира, како контејнери за транспорт на одбрани соединенија и заштита на нивната содржина. (2). Ова се главните примени на дендримерите. Иако главно се уште се во фаза на истражување, некои од нив веќе се користат во пракса. Дендримерите се одлични за транспорт на лекови во водната средина на телото. Некои лекови мора да бидат специјално модифицирани за да се растворат во телесните течности - употребата на транспортери ќе ги избегне овие трансформации (тие можат негативно да влијаат на ефективноста на лекот). Покрај тоа, активната супстанција полека се ослободува од внатрешноста на капсулата, што значи дека дозите може да се намалат и да се земаат поретко. Прицврстувањето на различни молекули на површината на дендримерот води до фактот дека тие се препознаваат само од клетките на одредени органи. Ова, пак, овозможува лекот да се транспортира директно до неговата дестинација без изложување на целото тело на непотребни несакани ефекти, на пример, при терапија против рак.

2. Модел на дендример кој содржи друга молекула

(погоре)

Козметиката се создава врз основа и на вода и на масти. Меѓутоа, често активната супстанција е растворлива во масти, а козметичкиот производ е во форма на воден раствор (и обратно: супстанцијата растворлива во вода мора да се меша со база на маснотии). Додавањето емулгатори (дозволувајќи формирање на стабилен раствор на вода-масти) не секогаш функционира поволно. Затоа, лабораториите на козметичките компании се обидуваат да го искористат потенцијалот на дендримерите како транспортери кои лесно може да се прилагодат на потребите. Хемиската индустрија за заштита на културите се соочува со слични проблеми. Повторно, често е неопходно да се меша неполарен пестицид со вода. Дендримерите ја олеснуваат врската и, покрај тоа, постепено ослободувајќи го патогенот одвнатре, ја намалуваат количината на токсични материи. Друга примена е третман на метални сребрени наночестички, за кои е познато дека ги уништуваат микробите. Во тек е истражување и за употребата на дендримери за транспорт на антигени во вакцините и фрагменти на ДНК во генетските истражувања. Има повеќе можности, само треба да ја искористите вашата имагинација.

Кофи

Гликозата е најзастапеното органско соединение во живиот свет. Се проценува дека годишно се произведуваат 100 милијарди тони! Организмите го користат главниот производ на фотосинтезата на различни начини. Гликозата е извор на енергија во клетките, служи како резервен материјал (растителен скроб и животински гликоген) и градежен материјал (целулоза). На крајот на деветнаесеттиот и дваесеттиот век, беа идентификувани производи од делумно разградување на скроб под дејство на бактериски ензими (скратено како ЦД). Како што сугерира името, ова се циклични или прстенести врски:

Тие се состојат од шест (а-CD варијанта), седум (b-CD) или осум (g-CD) молекули на гликоза, иако се познати и поголеми прстени. (3). Но, зошто метаболичките производи на некои бактерии се толку интересни што им е местото во „Младата техничка школа“?

3. Модели на циклодекстрини. Од лево кон десно: a – KD, b – KD, g – KD.

Пред сè, циклодекстрините се соединенија растворливи во вода, што не треба да изненадува - тие се релативно мали и се состојат од високо растворлива гликоза (скробот формира премногу големи честички за да формира раствор, но може да се суспендира). Второ, бројни OH групи и атоми на кислород на гликоза се способни да врзат други молекули. Трето, циклодекстрините се произведуваат со едноставен биотехнолошки процес од евтин и лесно достапен скроб (во моментов во илјадници тони годишно). Четврто, тие остануваат целосно нетоксични материи. И, конечно, најоригинална работа е нивната форма (која Вие Читателот треба да ја предложите кога ги користите овие соединенија): Кофа без дно, т.е. циклодекстрините се погодни за транспорт на други супстанции (молекула која минува низ поголема дупка нема да испадне). контејнер на дното и, покрај тоа, е поврзан со меѓуатомски сили). Поради нивната безопасност по здравјето, тие можат да се користат како состојка во лекови и прехранбени производи.

Сепак, првата употреба на циклодекстрини, откриена веднаш по нивниот опис, била каталитичката активност. Случајно се испостави дека некои реакции во кои се вклучени се одвиваат сосема поинаку отколку во отсуство на овие соединенија во околината. Причината е што молекулата на подлогата („гостин“) влегува во корпата („домаќин“) (4, 5). Затоа, дел од молекулата е недостапен за реагенсите, а трансформацијата може да се случи само на оние места кои излегуваат нанадвор. Механизмот на дејство е сличен на дејството на многу ензими, кои исто така „маскираат“ делови од молекулите.

4. Модел на молекула на циклодекстрин што содржи друга молекула.

5. Уште еден поглед на истиот комплекс

Кои молекули можат да се складираат во циклодекстрините? Речиси секој што ќе се вклопи внатре - одлучувачка точка е меѓусебната кореспонденција на големините на гостинот и домаќинот (како во случајот со етери од корона и нивните деривати; видете ја статијата од минатиот месец) (6). Ова е својство на циклодекстрините

6. Циклодекстрин нанижан на друг синџир

молекули, односно ротаксан (повеќе детали: во изданието

јануари)

ги прави корисни за селективно зафаќање соединенија од околината. На овој начин, супстанциите се прочистуваат и се одвојуваат од смесата по реакција (на пример, при производство на лекови).

Други употреби? Може да се наведат извадоци од претходната статија во серијата (модели на ензими и транспортери, не само јонски - циклодекстрините транспортираат различни супстанции) и извадок во кој се опишуваат дендримерите (пренесуваат активни супстанции во лекови, козметика и производи за заштита на растенијата). Предностите на пакувањето со циклодекстрин се исто така слични - сè се раствора во вода (за разлика од повеќето лекови, козметика и пестициди), активната супстанција се ослободува постепено и трае подолго (дозволувајќи да се користат помали дози), а употребениот сад е биоразградлив (микроорганизмите се распаѓаат брзо). природен производ, исто така се метаболизира во човечкото тело). Содржината на пакувањето е исто така заштитена од влијанија од околината (намален пристап до складираната молекула). Производите за заштита на растенијата сместени во циклодекстрини имаат форма која е погодна за употреба. Тоа е бел прав сличен на компировото брашно кое се раствора во вода пред употреба. Затоа, нема потреба да се користат опасни и запаливи органски растворувачи.

Кога ја гледаме листата на употреби на циклодекстрин, можеме да најдеме неколку други наведени „вкусови“ и „мириси“. Иако првата е често користена метафора, втората може да ве изненади. Сепак, хемиските кофи служат за отстранување на непријатните мириси, како и складирање и ослободување на саканите ароми. Освежувачите на воздухот, амортизерите, парфемите и миризливата хартија се само неколку примери за употреба на комплексите циклодекстрин. Интересен факт е дека мирисните соединенија спакувани во циклодекстрини се додаваат во прашокот за перење. При пеглање и носење, аромата постепено се распаѓа и се ослободува.

Време е да се обидеме. „Горчливиот лек е најдобриот лек“, но има ужасен вкус. Меѓутоа, ако се администрира во форма на комплекс со циклодекстрин, нема да има непријатни сензации (супстанцијата е изолирана од пупките за вкус). Горчината на сокот од грејпфрут се отстранува и со помош на циклодекстрини. Екстрактите од лук и други зачини се многу постабилни во форма на комплекси отколку во слободна форма. Слично спакуваните вкусови го подобруваат вкусот на кафето и чајот. Покрај тоа, набљудувањето на нивната антихолестеролска активност зборува во корист на циклодекстрините. Честичките на „лошиот“ холестерол се врзуваат во хемиска кофа и во оваа форма се излачуваат од телото. Значи, циклодекстрините, производи од природно потекло, се исто така самото здравје.