Kabinet Keingintahuan Kimia - Bahagian 2

Dalam isu bahagian kimia yang lepas, beberapa sebatian daripada pertunjukan aneh kimia telah dibentangkan (berdasarkan nama siri ini, anda pasti tidak akan mempelajarinya di sekolah). Ini adalah "orang" yang dihormati yang, walaupun penampilan mereka yang luar biasa, telah dianugerahkan Hadiah Nobel, dan harta mereka dalam beberapa bidang tidak boleh dianggarkan terlalu tinggi. Dalam artikel ini, sudah tiba masanya untuk berkenalan dengan watak asal seterusnya dari alam kimia, tidak kurang menarik daripada eter mahkota dan terbitannya.

pokok kimia

Podands, sebatian dengan rantai panjang yang melekat pada bahagian tengah molekul, telah menimbulkan kelas bahan baharu (lebih lanjut mengenai "sotong kimia" dalam artikel bulan lepas). Ahli kimia memutuskan untuk meningkatkan bilangan "tentacles". Untuk melakukan ini, pada setiap lengan yang berakhir dengan sekumpulan atom yang mampu bertindak balas, molekul lain telah ditambah, berakhir dengan kumpulan yang sepadan (dua atau lebih; ​​maksudnya adalah untuk menambah bilangan tapak yang boleh digabungkan dengan zarah lain. ). Lebih banyak molekul bertindak balas dengannya, kemudian lebih banyak, dan seterusnya. Peningkatan dalam saiz keseluruhan sistem digambarkan oleh rajah:

Ahli kimia telah mengaitkan sebatian baru dengan dahan pokok yang semakin meningkat, maka dinamakan dendrimeria (daripada bahasa Yunani dendron = pokok, meros = bahagian). Pada mulanya, ia bersaing dengan istilah "arborole" (ini adalah bahasa Latin, di mana arbor juga bermaksud pokok) atau "zarah berlatarkan". Walaupun pengarang kelihatan lebih seperti sesungut kusut obor-obor atau anemon yang tidak aktif, para penemu, tentu saja, mempunyai hak untuk menamakan. Perkaitan dendrimer dengan struktur fraktal juga merupakan pemerhatian penting.

1. Model salah satu dendrimer asal

peringkat pertumbuhan cawangan

Dendrimer tidak boleh tumbuh selama-lamanya (1). Bilangan cawangan berkembang secara eksponen, dan selepas beberapa hingga sepuluh peringkat perlekatan molekul baru pada permukaan jisim sfera, ruang bebas berakhir (keseluruhannya mencapai dimensi nanometer; nanometer ialah satu bilion meter). Sebaliknya, kemungkinan memanipulasi sifat dendrimer hampir tidak terhad. Serpihan yang terdapat pada permukaan boleh bersifat hidrofilik ("mencintai air", iaitu mempunyai pertalian dengan air dan pelarut kutub) atau hidrofobik ("mengelakkan air", tetapi terdedah untuk bersentuhan dengan cecair bukan kutub, contohnya, kebanyakan bahan organik. pelarut). pelarut). Begitu juga, bahagian dalam molekul boleh sama ada bersifat polar atau tidak polar. Di bawah permukaan dendrimer, di antara cawangan individu, terdapat ruang bebas di mana bahan terpilih boleh diperkenalkan (pada peringkat sintesis atau lebih baru, ia juga boleh dilekatkan pada kumpulan permukaan). Oleh itu, di antara pokok kimia, semua orang akan mencari sesuatu yang sesuai untuk keperluan mereka. Dan anda, pembaca, sebelum anda membaca artikel ini hingga akhir, fikirkan tentang apa yang anda boleh gunakan molekul yang, mengikut strukturnya, akan "selesa" dalam mana-mana persekitaran, dan apa bahan lain yang boleh mengandungi?

Sudah tentu, sebagai bekas untuk mengangkut sebatian terpilih dan melindungi kandungannya. (2). Ini adalah aplikasi utama dendrimer. Walaupun kebanyakannya masih di peringkat penyelidikan, sebahagian daripadanya telah pun diaplikasikan dalam amalan. Dendrimer sangat baik untuk mengangkut dadah dalam persekitaran akuatik badan. Sesetengah ubat perlu diubah suai khas untuk larut dalam cecair badan - penggunaan penghantar akan mengelakkan transformasi ini (ia boleh menjejaskan keberkesanan ubat secara negatif). Di samping itu, bahan aktif secara perlahan-lahan dikeluarkan dari dalam kapsul, yang bermaksud bahawa dos boleh dikurangkan dan diambil dengan kurang kerap. Lampiran pelbagai molekul ke permukaan dendrimer membawa kepada fakta bahawa ia hanya dikenali oleh sel-sel organ individu. Ini, seterusnya, membolehkan ubat itu diangkut terus ke destinasinya, tanpa mendedahkan seluruh badan kepada kesan sampingan yang tidak perlu, contohnya, dalam terapi anti-kanser.

2. Model dendrimer yang mengandungi molekul lain

(atas)

Kosmetik dicipta berdasarkan kedua-dua air dan lemak. Walau bagaimanapun, selalunya bahan aktif adalah larut lemak, dan produk kosmetik adalah dalam bentuk larutan akueus (dan sebaliknya: bahan larut air mesti dicampur dengan asas lemak). Penambahan pengemulsi (membolehkan pembentukan larutan lemak air yang stabil) tidak selalu berfungsi dengan baik. Oleh itu, makmal kosmetik cuba menggunakan potensi dendrimer sebagai penghantar yang mudah disesuaikan dengan keperluan. Industri kimia perlindungan tanaman menghadapi masalah yang sama. Sekali lagi, selalunya perlu untuk mencampurkan racun perosak bukan kutub dengan air. Dendrimer memudahkan sambungan dan, sebagai tambahan, secara beransur-ansur melepaskan patogen dari dalam, mengurangkan jumlah bahan toksik. Aplikasi lain ialah pemprosesan nanopartikel perak logam, yang diketahui dapat memusnahkan mikrob. Penyelidikan juga sedang dijalankan mengenai penggunaan dendrimer untuk mengangkut antigen dalam vaksin dan serpihan DNA dalam kajian genetik. Terdapat lebih banyak kemungkinan, anda hanya perlu menggunakan imaginasi anda.

Baldi

Glukosa adalah sebatian organik yang paling banyak di dunia hidup. Dianggarkan ia dihasilkan setiap tahun dalam jumlah 100 bilion tan! Organisma menggunakan hasil utama fotosintesis dengan cara yang berbeza. Glukosa merupakan sumber tenaga dalam sel, berfungsi sebagai bahan simpanan (pati sayuran dan glikogen haiwan) dan bahan binaan (selulosa). Pada permulaan abad kesembilan belas dan kedua puluh, produk pecahan separa kanji oleh tindakan enzim bakteria (disingkat KD) telah dikenal pasti. Seperti namanya, ini adalah sebatian kitaran atau cincin:

Mereka terdiri daripada enam (varian a-CD), tujuh (b-CD) atau lapan (g-CD) molekul glukosa, walaupun cincin yang lebih besar juga diketahui. (3). Tetapi mengapa produk metabolik beberapa bakteria begitu menarik sehingga mereka diberi tempat di "Sekolah Teknik Muda"?

3. Model siklodekstrin. Dari kiri ke kanan: a - KD, b - KD, g - KD.

Pertama sekali, siklodekstrin ialah sebatian larut air, yang sepatutnya tidak mengejutkan - ia agak kecil dan terdiri daripada glukosa yang sangat larut (kanji membentuk zarah yang terlalu besar untuk membentuk larutan, tetapi boleh terampai). Kedua, banyak kumpulan OH dan atom oksigen glukosa dapat mengikat molekul lain. Ketiga, siklodekstrin diperoleh melalui proses bioteknologi yang mudah daripada kanji yang murah dan tersedia (pada masa ini dalam jumlah beribu-ribu tan setahun). Keempat, mereka kekal sebagai bahan bukan toksik sepenuhnya. Dan, akhirnya, yang paling asli ialah bentuknya (yang anda, Pembaca, harus mencadangkan apabila menggunakan sebatian ini): Baldi tanpa dasar, i.e. cyclodextrins sesuai untuk membawa bahan lain (molekul yang telah melalui lubang yang lebih besar tidak akan jatuh). bekas di bahagian bawah, dan, lebih-lebih lagi, ia terikat oleh daya interatomik). Oleh kerana ia tidak berbahaya kepada kesihatan, ia boleh digunakan sebagai bahan dalam ubat-ubatan dan makanan.

Walau bagaimanapun, penggunaan pertama siklodekstrin, ditemui sejurus selepas penerangan, adalah aktiviti pemangkin. Ternyata secara kebetulan bahawa beberapa reaksi dengan penyertaan mereka berjalan dengan cara yang sama sekali berbeza daripada ketiadaan sebatian ini dalam persekitaran. Sebabnya ialah molekul substrat ("tetamu") masuk ke dalam baldi ("tuan rumah") (4, 5). Oleh itu, sebahagian daripada molekul tidak boleh diakses oleh reagen, dan transformasi boleh berlaku hanya di tempat-tempat yang menonjol. Mekanisme tindakan adalah serupa dengan tindakan banyak enzim, yang juga "menutup" bahagian molekul.

4. Model molekul siklodekstrin yang mengandungi molekul lain.

5. Satu lagi melihat kompleks yang sama

Apakah molekul yang boleh disimpan di dalam siklodekstrin? Hampir semua perkara yang sesuai di dalam - padanan saiz tetamu dan hos adalah penting (seperti korona eter dan terbitannya; lihat artikel bulan lepas) (6). Sifat siklodekstrin ini

6. Siklodekstrin diikat pada rantai lain

molekul, iaitu rotaxane (perincian lanjut: dalam isu

Januari)

menjadikannya berguna untuk menangkap sebatian secara terpilih daripada persekitaran. Oleh itu, bahan disucikan dan diasingkan daripada campuran selepas tindak balas (contohnya, dalam pembuatan ubat).

Kegunaan lain? Adalah mungkin untuk memetik petikan daripada artikel sebelumnya dalam kitaran (model enzim dan pengangkut, bukan sahaja yang ionik - siklodekstrin mengangkut pelbagai bahan) dan petikan yang menerangkan dendrimer (mengangkut bahan aktif dalam ubat-ubatan, kosmetik dan produk perlindungan tumbuhan). Faedah pembungkusan siklodekstrin juga serupa - semuanya larut dalam air (tidak seperti kebanyakan ubat, kosmetik dan racun perosak), bahan aktif dilepaskan secara beransur-ansur dan tahan lebih lama (yang membolehkan dos yang lebih kecil), dan bekas yang digunakan boleh terbiodegradasi (mikroorganisma terurai dengan cepat. ). produk semulajadi, ia juga dimetabolismekan dalam tubuh manusia). Kandungan bungkusan juga dilindungi daripada persekitaran (pengurangan akses kepada molekul yang disimpan). Produk perlindungan tumbuhan yang diletakkan dalam siklodekstrin mempunyai bentuk yang mudah digunakan. Ia adalah serbuk putih, serupa dengan tepung kentang, yang dilarutkan dalam air sebelum digunakan. Oleh itu, tidak perlu menggunakan pelarut organik yang berbahaya dan mudah terbakar.

Apabila menyemak imbas senarai kegunaan untuk siklodekstrin, kita boleh menemui beberapa "rasa" dan "bau" lain di dalamnya. Walaupun yang pertama adalah metafora yang biasa digunakan, yang kedua mungkin mengejutkan anda. Walau bagaimanapun, baldi kimia berfungsi untuk menghilangkan bau busuk dan menyimpan serta mengeluarkan aroma yang diingini. Penyegar udara, penyerap bau, minyak wangi dan kertas wangi hanyalah beberapa contoh penggunaan kompleks siklodekstrin. Fakta menarik ialah sebatian perasa yang dibungkus dalam siklodekstrin ditambah kepada serbuk pencuci. Semasa menyeterika dan memakai, wangian secara beransur-ansur dipecahkan dan dilepaskan.

Masa untuk mencuba. "Ubat yang pahit menyembuhkan yang terbaik," tetapi rasanya sangat teruk. Walau bagaimanapun, jika ia diberikan dalam bentuk kompleks dengan siklodekstrin, tidak akan ada sensasi yang tidak menyenangkan (bahan itu diasingkan daripada tunas rasa). Kepahitan jus limau gedang juga dikeluarkan dengan bantuan siklodekstrin. Ekstrak bawang putih dan rempah lain jauh lebih stabil dalam bentuk kompleks daripada dalam bentuk bebas. Perisa yang dibungkus juga meningkatkan rasa kopi dan teh. Di samping itu, pemerhatian aktiviti antikolesterol mereka bercakap memihak kepada siklodekstrin. Zarah kolesterol "jahat" mengikat di dalam baldi kimia dan dikumuhkan dari badan dalam bentuk ini. Jadi siklodekstrin, produk asal semula jadi, juga adalah kesihatan itu sendiri.