Кабинет хемијских занимљивости – 2. део

У претходном броју хемијске рубрике представљено је неколико једињења из хемијске наказе (судећи по називу серије, о њима сигурно нећете учити у школи). Реч је о прилично угледним „особама“ које су, упркос необичном изгледу, награђене Нобеловом наградом, а њихова имања у низу области тешко да се могу преценити. У овом чланку, време је да се упознамо са следећим оригиналним ликовима из области хемије, не мање занимљивим од крунских етра и њихових деривата.

хемијска стабла

Поданди, једињења са дугим ланцима везаним за централни део молекула, довела су до нове класе супстанци (више о „хемијским хоботницама“ у прошломесечном чланку). Хемичари су одлучили да повећају број "пипака". Да би се то урадило, сваком од кракова који се завршавају групом атома способних за реаговање, додат је још један молекул који се завршава одговарајућим групама (две или више; поента је да се повећа број места која би се могла комбиновати са другим честицама ). Више молекула је реаговало са њим, затим више, и тако даље. Повећање величине читавог система илуструје дијаграм:

Хемичари су нова једињења повезали са растућим гранама дрвећа, па отуда и назив дендримерија (од грчког дендрон = дрво, мерос = део). У почетку се такмичио са терминима "арбороле" (ово је латински, где арбор такође значи дрво) или "каскадне честице". Иако аутор више личи на запетљане пипке медуза или неактивне анемоне, проналазачи, наравно, имају право на имена. Повезаност дендримера са фракталним структурама је такође важно запажање.

1. Модел једног од оригиналних дендримера

фаза раста гране

Дендримери не могу расти бесконачно (1). Број грана расте експоненцијално, а након неколико до десет фаза везивања нових молекула на површину сферне масе, слободни простор се завршава (целина достиже нанометарске димензије; нанометар је милијардити део метра). С друге стране, могућности манипулисања својствима дендримера су скоро неограничене. Фрагменти присутни на површини могу бити хидрофилни („обожавају воду“, тј. имају афинитет за воду и поларне раствараче) или хидрофобни („избегавају воду“, али су склони да дођу у контакт са неполарним течностима, на пример, већином органских растварачи). растварачи). Слично, унутрашњост молекула може бити поларна или неполарна по природи. Испод површине дендримера, између појединих грана, постоје слободни простори у које се могу унети одабране супстанце (у фази синтезе или касније, могу се везивати и за површинске групе). Стога ће међу хемијским дрвећем свако пронаћи нешто погодно за своје потребе. А ви, читаоче, пре него што прочитате овај чланак до краја, размислите о томе шта можете користити молекуле за које ће, по својој структури, бити „удобне“ у било ком окружењу и које друге супстанце могу да садрже?

Наравно, као контејнери за транспорт одабраних једињења и заштиту њиховог садржаја. (2). Ово су главне примене дендримера. Иако је већина њих још у фази истраживања, неки од њих се већ примењују у пракси. Дендримери су одлични за транспорт лекова у воденој средини тела. Неки лекови морају бити посебно модификовани да се растворе у телесним течностима - коришћењем транспортера ће се избећи ове трансформације (могу негативно утицати на ефикасност лека). Поред тога, активна супстанца се полако ослобађа из капсуле, што значи да се дозе могу смањити и узимати ређе. Везање различитих молекула на површину дендримера доводи до тога да их препознају само ћелије појединих органа. Ово, заузврат, омогућава да се лек транспортује директно до одредишта, без излагања целог тела непотребним нежељеним ефектима, на пример, у терапији против рака.

2. Модел дендримера који садржи други молекул

(врх)

Козметика је створена и на бази воде и масти. Међутим, често је активна супстанца растворљива у мастима, а козметички производ је у облику воденог раствора (и обрнуто: супстанца растворљива у води мора се мешати са базом масти). Додатак емулгатора (који омогућава формирање стабилног раствора воде и масти) не делује увек повољно. Стога козметичке лабораторије покушавају да искористе потенцијал дендримера као транспортера који се лако прилагођавају потребама. Индустрија хемикалија за заштиту биља суочава се са сличним проблемима. Опет, често је потребно мешати неполарни пестицид са водом. Дендримери олакшавају везу и, поред тога, постепено ослобађајући патоген изнутра, смањују количину токсичних супстанци. Друга примена је обрада металних наночестица сребра, за које је познато да уништавају микробе. У току су и истраживања о употреби дендримера за транспорт антигена у вакцинама и фрагмената ДНК у генетским студијама. Постоји више могућности, само треба да искористите своју машту.

Канте

Глукоза је најзаступљеније органско једињење у живом свету. Процењује се да се годишње произведе у количини од 100 милијарди тона! Организми користе главни производ фотосинтезе на различите начине. Глукоза је извор енергије у ћелијама, служи као резервни материјал (биљни скроб и животињски гликоген) и грађевински материјал (целулоза). На прелазу из деветнаестог у двадесети век, идентификовани су производи делимичног разлагања скроба деловањем бактеријских ензима (скраћено КД). Као што име сугерише, ово су циклична или прстенаста једињења:

Састоје се од шест (варијанта а-ЦД), седам (б-ЦД) или осам (г-ЦД) молекула глукозе, иако су познати и већи прстенови. (3). Али зашто су продукти метаболизма неких бактерија толико интересантни да им је уступљено место у „Младотехничкој школи”?

3. Модели циклодекстрина. С лева на десно: а - КД, б - КД, г - КД.

Пре свега, циклодекстрини су једињења растворљива у води, што не би требало да буде изненађење – они су релативно мали и састоје се од високо растворљиве глукозе (скроб формира превелике честице да би формирао раствор, али може бити суспендован). Друго, бројне ОХ групе и атоми кисеоника глукозе су у стању да вежу друге молекуле. Треће, циклодекстрини се добијају једноставним биотехнолошким поступком из јефтиног и доступног скроба (тренутно у количини од хиљаде тона годишње). Четврто, остају потпуно нетоксичне супстанце. И, на крају, најоригиналнији је њихов облик (који би Ви, Читаоче, требало да предложите када користите ове спојеве): Ведро без дна, тј. циклодекстрини су погодни за ношење других супстанци (молекул који је прошао кроз већу рупу неће испасти). контејнер на дну, и, штавише, везан је међуатомским силама). Због своје нешкодљивости по здравље, могу се користити као састојак лекова и намирница.

Међутим, прва употреба циклодекстрина, откривена убрзо након описа, била је каталитичка активност. Случајно се показало да се неке реакције уз њихово учешће одвијају на потпуно другачији начин него у одсуству ових једињења у окружењу. Разлог је што молекул супстрата („гост“) улази у канту („домаћин“) (КСНУМКС, КСНУМКС). Дакле, део молекула је недоступан реагенсима, а трансформација се може десити само на оним местима која штрче. Механизам деловања сличан је деловању многих ензима, који такође „маскирају” делове молекула.

4. Модел молекула циклодекстрина који садржи други молекул.

5. Још један поглед на исти комплекс

Који молекули се могу ускладиштити унутар циклодекстрина? Готово све што ће стати унутра - подударање величине госта и домаћина је кључно (као код корона етра и њихових деривата; погледајте прошломесечни чланак) (6). Ово својство циклодекстрина

6. Циклодекстрин нанизан на другом ланцу

молекуле, односно ротаксан (детаљније: у бр

јануар)

чини их корисним за селективно хватање једињења из околине. Дакле, супстанце се пречишћавају и одвајају из смеше након реакције (на пример, у производњи лекова).

Друга употреба? У циклусу би било могуће навести изводе из претходног чланка (модели ензима и транспортера, не само јонских – циклодекстрини транспортују различите супстанце) и извод који описује дендримере (транспорт активних супстанци у лековима, козметици и средствима за заштиту биља). Предности паковања циклодекстрина су такође сличне – све се раствара у води (за разлику од већине лекова, козметике и пестицида), активни састојак се постепено ослобађа и траје дуже (што омогућава мање дозе), а употребљени контејнер је биоразградив (микроорганизми се брзо разлажу). ). природни производ, такође се метаболише у људском телу). Садржај паковања је такође заштићен од околине (смањен приступ ускладиштеном молекулу). Средства за заштиту биља смештена у циклодекстрине имају облик који је погодан за употребу. То је бели прах, сличан кромпировом брашну, који се пре употребе раствори у води. Због тога нема потребе за употребом опасних и запаљивих органских растварача.

Када прегледамо листу употреба циклодекстрина, можемо пронаћи неколико других „укуса“ и „мириса“ у њему. Док је прва често коришћена метафора, друга би вас могла изненадити. Међутим, хемијске канте служе за уклањање лоших мириса и складиштење и ослобађање жељених арома. Освеживачи ваздуха, апсорбери мириса, парфеми и мирисни папири су само неки од примера употребе комплекса циклодекстрина. Занимљива чињеница је да се једињења укуса упакована у циклодекстрине додају у прашкове за прање. Током пеглања и ношења, мирис се постепено разлаже и ослобађа.

Време је за покушај. „Горки лек најбоље лечи“, али је ужасног укуса. Међутим, ако се примењује у облику комплекса са циклодекстрином, неће бити непријатних сензација (супстанца је изолована из укусних пупољака). Горчина сока од грејпфрута се такође уклања уз помоћ циклодекстрина. Екстракти белог лука и других зачина су много стабилнији у облику комплекса него у слободном облику. Слично упаковане ароме побољшавају укус кафе и чаја. Поред тога, посматрање њихове антихолестеролске активности говори у прилог циклодекстрина. Честице "лошег" холестерола везују се унутар хемијске канте и у овом облику се излучују из тела. Дакле, циклодекстрини, производи природног порекла, такође су само здравље.