Kabinet van Chemie Curiosities - Deel 2

In die vorige uitgawe van die chemie-afdeling is verskeie verbindings van die chemiese fratsvertoning aangebied (te oordeel aan die naam van die reeks, sal jy beslis nie op skool daaroor leer nie). Dit is nogal eerbare “persone” wat, ten spyte van hul ongewone voorkoms, met die Nobelprys bekroon is, en hul eiendomme op 'n aantal gebiede kan kwalik oorskat word. In hierdie artikel is dit tyd om kennis te maak met die volgende oorspronklike karakters uit die ryk van chemie, nie minder interessant as kroon-eters en hul afgeleides nie.

chemiese bome

Podande, verbindings met lang kettings wat aan die sentrale deel van die molekule geheg is, het aanleiding gegee tot 'n nuwe klas stowwe (meer oor "chemiese seekatte" in verlede maand se artikel). Chemici het besluit om die aantal "tentakels" te verhoog. Om dit te doen, is by elkeen van die arms wat eindig in 'n groep atome wat in staat is om te reageer, nog 'n molekule bygevoeg wat eindig in die ooreenstemmende groepe (twee of meer; die punt is om die aantal plekke wat met ander deeltjies gekombineer kan word, te vermeerder) ). Meer molekules het daarmee gereageer, toe meer, ensovoorts. Die toename in die grootte van die hele stelsel word deur die diagram geïllustreer:

Chemici het die nuwe verbindings aan die groeiende takke van bome verbind, vandaar die naam dendrimeria (van die Griekse dendron = boom, meros = deel). Aanvanklik het dit meegeding met die terme "arborole" (dit is Latyn, waar prieel ook boom beteken) of "cascading deeltjies". Alhoewel die skrywer meer soos die verstrengelde tentakels van jellievisse of onaktiewe anemone lyk, het die ontdekkers natuurlik die reg op name. Die assosiasie van dendrimere met fraktale strukture is ook 'n belangrike waarneming.

1. Model van een van die oorspronklike dendrimere

tak groei stadium

Dendrimere kan nie onbepaald groei nie (1). Die aantal takke groei eksponensieel, en na 'n paar tot tien stadiums van aanhegting van nuwe molekules op die oppervlak van 'n sferiese massa, eindig die vrye ruimte (die geheel bereik nanometer-afmetings; 'n nanometer is 'n biljoenste van 'n meter). Aan die ander kant is die moontlikhede om die eienskappe van die dendrimeer te manipuleer byna onbeperk. Fragmente wat op die oppervlak voorkom, kan hidrofiel wees ("waterlief", d.w.s. met 'n affiniteit vir water en polêre oplosmiddels) of hidrofobies ("vermy water", maar geneig om in kontak te kom met nie-polêre vloeistowwe, byvoorbeeld, die meeste organiese vloeistowwe oplosmiddels). oplosmiddels). Net so kan die binnekant van 'n molekule óf polêr óf nie-polêr van aard wees. Onder die oppervlak van die dendrimeer, tussen die individuele takke, is daar vrye spasies waarin geselekteerde stowwe ingevoer kan word (in die stadium van sintese of later kan hulle ook aan oppervlakgroepe geheg word). Daarom sal almal tussen chemiese bome iets vind wat geskik is vir hul behoeftes. En jy, die leser, voordat jy hierdie artikel tot die einde lees, dink aan waarvoor jy molekules kan gebruik waarvoor, volgens hul struktuur, in enige omgewing "gemaklik" sal wees, en watter ander stowwe kan bevat?

Natuurlik, as houers vir die vervoer van geselekteerde verbindings en die beskerming van die inhoud daarvan. (2). Dit is die hooftoepassings van dendrimere. Alhoewel die meeste daarvan nog in die navorsingstadium is, word sommige van hulle reeds in die praktyk toegepas. Dendrimere is uitstekend vir die vervoer van dwelms in die liggaam se akwatiese omgewing. Sommige middels moet spesiaal aangepas word om in liggaamsvloeistowwe op te los - die gebruik van vervoerbande sal hierdie transformasies vermy (dit kan die doeltreffendheid van die middel negatief beïnvloed). Daarbenewens word die aktiewe bestanddeel stadig van binne die kapsule vrygestel, wat beteken dat dosisse verminder en minder gereeld geneem kan word. Die aanhegting van verskeie molekules aan die oppervlak van die dendrimeer lei daartoe dat hulle slegs deur selle van individuele organe herken word. Dit laat op sy beurt toe dat die middel direk na sy bestemming vervoer word, sonder om die hele liggaam bloot te stel aan onnodige newe-effekte, byvoorbeeld in anti-kankerterapie.

2. Model van 'n dendrimeer wat 'n ander molekule bevat

(Top)

Skoonheidsmiddels word geskep op grond van beide water en vette. Dikwels is die aktiewe stof egter vetoplosbaar, en die kosmetiese produk is in die vorm van 'n waterige oplossing (en omgekeerd: die wateroplosbare stof moet met die vetbasis gemeng word). Die byvoeging van emulgatoren (wat die vorming van 'n stabiele water-vet oplossing moontlik maak) werk nie altyd gunstig nie. Daarom probeer skoonheidsmiddels laboratoriums om die potensiaal van dendrimere te gebruik as vervoerbande wat maklik by behoeftes aangepas kan word. Die chemikalieëbedryf vir gewasbeskerming staar soortgelyke probleme in die gesig. Weereens is dit dikwels nodig om die nie-polêre plaagdoder met water te meng. Dendrimere vergemaklik die verbinding en, benewens, die patogeen geleidelik van binne vry te stel, verminder die hoeveelheid giftige stowwe. Nog 'n toepassing is die verwerking van metaalsilwer nanopartikels, wat bekend is dat dit mikrobes vernietig. Navorsing is ook aan die gang oor die gebruik van dendrimere om antigene in entstowwe en DNA-fragmente in genetiese studies te vervoer. Daar is meer moontlikhede, jy moet net jou verbeelding gebruik.

Emmers

Glukose is die volopste organiese verbinding in die lewende wêreld. Daar word beraam dat dit jaarliks ​​in die hoeveelheid van 100 miljard ton geproduseer word! Organismes gebruik die hoofproduk van fotosintese op verskillende maniere. Glukose is 'n bron van energie in selle, dien as 'n reserwemateriaal (plantestysel en dierlike glikogeen) en boumateriaal (sellulose). Met die draai van die negentiende en twintigste eeue is produkte van die gedeeltelike afbreek van stysel deur die werking van bakteriële ensieme (afgekort KD) geïdentifiseer. Soos die naam aandui, is dit sikliese of ringverbindings:

Hulle bestaan ​​uit ses (variant a-CD), sewe (b-CD) of agt (g-CD) glukosemolekules, hoewel groter ringe ook bekend is. (3). Maar hoekom is die metaboliese produkte van sommige bakterieë so interessant dat hulle 'n plek in die "Jong Tegniese Skool" kry?

3. Modelle van siklodekstriene. Van links na regs: a - KD, b - KD, g - KD.

Eerstens is siklodekstriene wateroplosbare verbindings, wat nie as 'n verrassing behoort te kom nie - hulle is relatief klein en bestaan ​​uit hoogs oplosbare glukose (stysel vorm te groot deeltjies om 'n oplossing te vorm, maar kan gesuspendeer word). Tweedens is talle OH-groepe en glukose-suurstofatome in staat om ander molekules te bind. Derdens word siklodekstriene verkry deur 'n eenvoudige biotegnologiese proses uit goedkoop en beskikbare stysel (tans in die hoeveelheid van duisende ton per jaar). Vierdens bly hulle heeltemal nie-giftige stowwe. En, ten slotte, die mees oorspronklike is hul vorm (wat u, die Leser, moet voorstel wanneer u hierdie verbindings gebruik): 'n bodemlose emmer, d.w.s. Siklodekstriene is geskik om ander stowwe te dra ('n molekule wat deur 'n groter gat gegaan het, sal nie uitval nie). houer aan die onderkant, en dit word boonop deur interatomiese kragte gebind). As gevolg van hul skadeloosheid vir die gesondheid, kan hulle as 'n bestanddeel in medisyne en voedsel gebruik word.

Die eerste gebruik van siklodekstriene, wat kort na die beskrywing ontdek is, was egter katalitiese aktiwiteit. Dit het toevallig geblyk dat sommige reaksies met hul deelname op 'n heeltemal ander manier verloop as in die afwesigheid van hierdie verbindings in die omgewing. Die rede is dat die substraatmolekule ("gas") binne-in die emmer ("gasheer") kom (4, 5). Daarom is 'n deel van die molekule ontoeganklik vir die reagense, en die transformasie kan slegs plaasvind op die plekke wat uitsteek. Die werkingsmeganisme is soortgelyk aan die werking van baie ensieme, wat ook dele van die molekules "masker".

4. Model van 'n siklodekstrienmolekule wat 'n ander molekule bevat.

5. Nog 'n blik op dieselfde kompleks

Watter molekules kan in siklodekstriene gestoor word? Feitlik enigiets wat binne sal pas - gas- en gasheergrootte-passing is van kardinale belang (soos met korona-eters en hul afgeleides; sien verlede maand se artikel) (6). Hierdie eienskap van siklodekstriene

6. Siklodekstrien aan 'n ander ketting gespan

molekules, dit wil sê rotaksaan (meer besonderhede: in die uitgawe

Januarie)

maak dit nuttig om verbindings uit die omgewing selektief vas te vang. Sodoende word stowwe gesuiwer en van die mengsel geskei na die reaksie (byvoorbeeld in die vervaardiging van dwelms).

Ander gebruik? Dit sou moontlik wees om uittreksels uit die vorige artikel in die siklus aan te haal (modelle van ensieme en vervoerders, nie net ioniese nie - siklodekstriene vervoer verskeie stowwe) en 'n uittreksel wat dendrimere beskryf (vervoer van aktiewe stowwe in medisyne, skoonheidsmiddels en gewasbeskermingsprodukte). Die voordele van siklodekstrienverpakking is ook soortgelyk – alles los in water op (anders as die meeste middels, skoonheidsmiddels en plaagdoders), die aktiewe bestanddeel word geleidelik vrygestel en hou langer (wat kleiner dosisse moontlik maak), en die gebruikte houer is bioafbreekbaar (mikro-organismes ontbind vinnig ). natuurlike produk, dit word ook in die menslike liggaam gemetaboliseer). Die inhoud van die pakkie word ook teen die omgewing beskerm (verminderde toegang tot die gestoorde molekule). Gewasbeskermingsprodukte wat in siklodekstriene geplaas word, het 'n vorm wat gerieflik is vir gebruik. Dit is 'n wit poeier, soortgelyk aan aartappelmeel, wat voor gebruik in water opgelos word. Daarom is dit nie nodig om gevaarlike en vlambare organiese oplosmiddels te gebruik nie.

Wanneer ons deur die lys van gebruike vir siklodekstrien blaai, kan ons verskeie ander "geure" en "reuke" daarin vind. Terwyl eersgenoemde 'n algemeen gebruikte metafoor is, kan laasgenoemde jou dalk verras. Chemiese emmers dien egter om slegte reuke te verwyder en om gewenste aromas te stoor en vry te stel. Lugverfrissers, reukabsorbeerders, parfuums en geurige papiere is net 'n paar voorbeelde van die gebruik van siklodekstrienkomplekse. 'n Interessante feit is dat geurmiddels wat in siklodekstriene verpak is, by waspoeiers gevoeg word. Tydens stryk en dra word die geur geleidelik afgebreek en vrygestel.

Tyd om te probeer. "'n Bitter medisyne genees die beste," maar dit smaak verskriklik. As dit egter in die vorm van 'n kompleks met siklodekstrien toegedien word, sal daar geen onaangename sensasies wees nie (die stof word van die smaakknoppies geïsoleer). Die bitterheid van pomelosap word ook met behulp van siklodekstriene verwyder. Uittreksels van knoffel en ander speserye is baie meer stabiel in die vorm van komplekse as in die vrye vorm. Soortgelyke verpakte geure verbeter die smaak van koffie en tee. Daarbenewens spreek die waarneming van hul anticholesterol-aktiwiteit ten gunste van siklodekstriene. Deeltjies van "slegte" cholesterol bind binne die chemiese emmer en word in hierdie vorm uit die liggaam uitgeskei. So siklodekstriene, produkte van natuurlike oorsprong, is ook gesondheid self.