Kimyasal Merak Dolabı - Bölüm 2

Kimya bölümünün bir önceki bölümünde, bir kimyasal ucube gösterisinden birkaç bileşik yer alıyordu (dizinin başlığına bakılırsa, bunları kesinlikle okulda öğrenmeyeceksiniz). Bunlar, alışılmadık görünümlerine rağmen Nobel Ödülü'ne layık görülen oldukça saygın "kişiler" ve birçok alandaki mülkleri neredeyse hiç abartılamaz. Bu yazıda, kimya krallığının taç eterler ve türevlerinden daha az ilginç olmayan bir sonraki orijinal karakterleriyle tanışmanın zamanı geldi.

Kimyasal ağaçlar

Molekülün orta kısmına bağlı uzun zincirli bileşikler olan podandlar, yeni bir madde sınıfının ortaya çıkmasına neden oldu (geçen ayki makalede "kimyasal ahtapotlar" hakkında daha fazla bilgi). Kimyacılar “dokunaçların” sayısını artırmaya karar verdiler. Bunu yapmak için, reaksiyona girebilecek bir atom grubunda biten kolların her birine, karşılık gelen gruplarda (iki veya daha fazla; amaç diğer parçacıklarla bağlanabilecek bölümlerin sayısını arttırmaktır) biten başka bir molekül eklendi. . Daha fazla molekül onunla reaksiyona girdi, sonra daha fazlası vb. Tüm sistemin boyutundaki artış şemada gösterilmektedir:

Kimyacılar yeni bileşikleri büyüyen ağaç dallarıyla ilişkilendirdiler, dolayısıyla dendrimerium adı verildi (Yunanca dendron = ağaç, meros = parça). Başlangıçta "arborola" (bu Latince, çardak aynı zamanda ahşap anlamına gelir) veya "kademeli parçacıklar" terimleriyle rekabet ediyordu. Yazar daha çok denizanasının veya hareketsiz anemonların dokunaçlarına benzese de, elbette kaşiflerin isim verme hakkı vardır. Dendrimerlerin fraktal yapılarla ilişkisi de önemli bir gözlemdir.

1. Orijinalin dendrimerlerinden birinin modeli

şube büyüme aşaması

Dendrimerler süresiz olarak büyüyemezler (1). Dalların sayısı katlanarak artar ve yeni moleküllerin küresel kütlenin yüzeyine birkaç ila on aşamada bağlanmasından sonra, boş alan sona erer (tümü nanometre boyutlarına ulaşır; bir nanometre, metrenin milyarda biridir). Öte yandan dendrimerin özelliklerini değiştirme olanakları neredeyse sınırsızdır. Yüzeyde mevcut olan kısımlar hidrofilik (“suyu seven”, yani su ve polar solventlere afinitesi olan) veya hidrofobik (“sudan kaçınan” ancak polar olmayan sıvılarla temas etme eğiliminde olan) olabilir. çoğu organik çözücü). solventler). Benzer şekilde, bir molekülün iç kısmı doğası gereği polar olabilir veya polar olmayabilir. Dendrimer yüzeyinin altında, bireysel dallar arasında, seçilen maddelerin eklenebileceği boş alanlar vardır (sentez aşamasında veya daha sonra yüzey gruplarına da bağlanabilirler). Bu nedenle kimyasal ağaçlar arasında herkes kendi ihtiyacına uygun bir şeyler bulacaktır. Ve siz okuyucu, bu makaleyi sonuna kadar okumadan önce, yapılarına göre her ortamda "rahat" olacak ve hangilerinin başka maddeler içerebileceğini hangi moleküller için kullanabileceğinizi düşünün?

Elbette seçilen bileşiklerin taşınması ve içeriklerinin korunması için kaplar olarak. (2). Bunlar dendrimerlerin ana uygulamalarıdır. Çoğunluğu henüz araştırma aşamasında olsa da bir kısmı halihazırda pratikte kullanılıyor. Dendrimerler, vücudun sulu ortamında ilaçların taşınması için mükemmeldir. Bazı ilaçların vücut sıvılarında çözünecek şekilde özel olarak modifiye edilmesi gerekir; taşıyıcıların kullanılması bu dönüşümleri önleyecektir (ilacın etkinliğini olumsuz yönde etkileyebilirler). Ayrıca etkin madde kapsülün içinden yavaşça salınır, bu da dozların azaltılabileceği ve daha az sıklıkta alınabileceği anlamına gelir. Çeşitli moleküllerin dendrimer yüzeyine bağlanması, bunların yalnızca belirli organların hücreleri tarafından tanınmasına yol açar. Bu da, örneğin kanser tedavisinde olduğu gibi tüm vücudu gereksiz yan etkilere maruz bırakmadan ilacın doğrudan hedefine taşınmasına olanak tanıyor.

2. Başka bir molekül içeren dendrimerin modeli

(üstünde)

Kozmetikler hem suya hem de yağlara dayalı olarak oluşturulur. Bununla birlikte, sıklıkla aktif madde yağda çözünür ve kozmetik ürün sulu bir çözelti formundadır (ve bunun tersi de geçerlidir: suda çözünür maddenin bir yağ bazı ile karıştırılması gerekir). Emülgatörlerin eklenmesi (kararlı bir su-yağ çözeltisinin oluşmasına izin vermek) her zaman olumlu sonuç vermez. Bu nedenle kozmetik firmalarının laboratuvarları dendrimerlerin ihtiyaçlara kolayca uyarlanabilen konveyörler olma potansiyelinden yararlanmaya çalışmaktadır. Bitki koruma kimya endüstrisi de benzer sorunlarla karşı karşıyadır. Yine polar olmayan bir pestisitin suyla karıştırılması sıklıkla gerekli olur. Dendrimerler bağlantıyı kolaylaştırır ve ayrıca patojeni kademeli olarak içeriden serbest bırakarak toksik madde miktarını azaltır. Diğer bir uygulama ise mikropları yok ettiği bilinen metalik gümüş nanopartiküllerin işlenmesidir. Genetik araştırmalarda aşılardaki antijenlerin ve DNA parçalarının taşınmasında dendrimerlerin kullanılması konusunda da araştırmalar sürüyor. Daha fazla olasılık var, sadece hayal gücünüzü kullanmanız gerekiyor.

Kovalar

Glikoz canlılar dünyasında en bol bulunan organik bileşiktir. Yıllık 100 milyar ton üretildiği tahmin ediliyor! Organizmalar fotosentezin ana ürününü farklı şekillerde kullanırlar. Glikoz, hücrelerde bir enerji kaynağıdır, yedek malzeme (bitki nişastası ve hayvan glikojeni) ve yapı malzemesi (selüloz) görevi görür. On dokuzuncu ve yirminci yüzyılların başında, bakteriyel enzimlerin (CD olarak kısaltılır) etkisi altında nişastanın kısmi parçalanmasının ürünleri tanımlandı. Adından da anlaşılacağı gibi bunlar döngüsel veya halka bağlantılardır:

Altı (a-CD varyantı), yedi (b-CD) veya sekiz (g-CD) glikoz molekülünden oluşurlar, ancak daha büyük halkalar da bilinmektedir. (3). Peki neden bazı bakterilerin metabolik ürünleri bu kadar ilgi çekici oluyor ve “Genç Teknik Okul”da yer alıyor?

3. Siklodekstrinlerin modelleri. Soldan sağa: a – KD, b – KD, g – KD.

Her şeyden önce, siklodekstrinler suda çözünür bileşiklerdir ve bu şaşırtıcı olmamalıdır - nispeten küçüktürler ve yüksek oranda çözünür glikozdan oluşurlar (nişasta bir çözelti oluşturamayacak kadar büyük parçacıklar oluşturur, ancak süspanse edilebilir). İkincisi, glikozun çok sayıda OH grubu ve oksijen atomu diğer molekülleri bağlama yeteneğine sahiptir. Üçüncüsü, siklodekstrinler, ucuz ve kolaylıkla temin edilebilen nişastadan (şu anda yılda binlerce ton) basit bir biyoteknolojik işlemle üretilmektedir. Dördüncüsü, tamamen toksik olmayan maddeler olarak kalırlar. Ve son olarak, en orijinal şey onların formudur (bu bileşikleri kullanırken Okuyucu olarak siz de bunu önermelisiniz): Dipsiz kova, yani. siklodekstrinler diğer maddelerin taşınması için uygundur (daha büyük bir delikten geçen molekül düşmez). alttaki kap ve ayrıca atomlar arası kuvvetlerle bağlanır). Sağlığa zarar vermemeleri nedeniyle ilaç ve gıda ürünlerinde bileşen olarak kullanılabilirler.

Ancak siklodekstrinlerin ilk kullanımı, tanımlanmalarından kısa bir süre sonra keşfedildi ve katalitik aktiviteydi. Bunları içeren bazı reaksiyonların, ortamda bu bileşiklerin yokluğundan tamamen farklı şekilde ilerlediği tesadüfen ortaya çıktı. Bunun nedeni, substrat molekülünün ("misafir") kovanın ("konakçı") içine girmesidir. (4, 5). Bu nedenle molekülün bir kısmına reaktifler erişemez ve dönüşüm yalnızca dışarı doğru çıkıntı yapan yerlerde gerçekleşebilir. Etki mekanizması, moleküllerin bazı kısımlarını da "maskeleyen" birçok enzimin etkisine benzer.

4. Başka bir molekül içeren siklodekstrin molekülünün modeli.

5. Aynı komplekse başka bir bakış

Siklodekstrinlerin içinde hangi moleküller depolanabilir? İçeriye sığacak hemen hemen her şey - belirleyici nokta, misafirin ve ev sahibinin boyutlarının karşılıklı uyumudur (korona eterleri ve türevlerinde olduğu gibi; geçen ayki makaleye bakın) (6). Bu siklodekstrinlerin bir özelliğidir

6. Siklodekstrin başka bir zincire dizilmiş

moleküller, yani rotaksan (daha fazla ayrıntı: sayıda

Ocak)

onları çevreden bileşiklerin seçici olarak yakalanması için yararlı kılar. Bu sayede maddeler bir reaksiyon sonrasında (örneğin ilaç üretiminde) saflaştırılır ve karışımdan ayrılır.

Diğer kullanımlar? Serideki önceki makaleden alıntılar (sadece iyonik olanlar değil, enzimler ve taşıyıcıların modelleri - siklodekstrinler çeşitli maddeleri taşır) ve dendrimerleri (ilaçlarda, kozmetiklerde ve bitki koruma ürünlerinde aktif maddelerin taşınması) açıklayan bir alıntıdan alıntı yapılabilir. Siklodekstrin paketlemenin avantajları da benzerdir; her şey suda çözünür (çoğu ilaç, kozmetik ve pestisitin aksine), aktif madde yavaş yavaş salınır ve daha uzun süre dayanır (daha küçük dozların kullanılmasına izin verir) ve kullanılan kap biyolojik olarak parçalanabilir (mikroorganizmalar ayrışır) hızlıca). doğal bir ürün olduğundan insan vücudunda da metabolize edilir). Paketin içeriği aynı zamanda çevresel etkilerden de korunur (depolanan moleküle erişimin azalması). Siklodekstrin içerisine yerleştirilen bitki koruma ürünleri kullanıma uygun bir forma sahiptir. Kullanmadan önce suda eritilen patates ununa benzer beyaz bir tozdur. Bu nedenle tehlikeli ve yanıcı organik solventlerin kullanılmasına gerek yoktur.

Siklodekstrinin kullanım listesine baktığımızda, başka birçok “tat” ve “koku”nun da listelendiğini görebiliriz. Birincisi sıklıkla kullanılan bir metafor olsa da ikincisi sizi şaşırtabilir. Ancak kimyasal kovalar, hoş olmayan kokuların giderilmesinin yanı sıra, istenilen aromaların saklanması ve salınması amacına da hizmet etmektedir. Oda spreyleri, koku emiciler, parfümler ve kokulu kağıtlar siklodekstrin komplekslerinin kullanımlarına sadece birkaç örnektir. İlginç bir gerçek, siklodekstrinlerde paketlenmiş koku bileşiklerinin çamaşır tozlarına eklenmesidir. Ütüleme ve giyme sırasında aroma yavaş yavaş bozulur ve açığa çıkar.

Deneme zamanı. "Acı ilaç en iyi ilaçtır" ama tadı berbattır. Bununla birlikte, siklodekstrin ile bir kompleks halinde uygulandığında, rahatsız edici bir his oluşmayacaktır (madde tat tomurcuklarından izole edilmiştir). Greyfurt suyunun acılığı da siklodekstrinler yardımıyla giderilir. Sarımsak ve diğer baharatların ekstraktları, kompleks formunda serbest formdan çok daha stabildir. Benzer şekilde paketlenmiş aromalar kahve ve çayın tadını artırır. Ayrıca antikolesterol aktivitelerinin gözlemlenmesi siklodekstrinlerin lehinedir. “Kötü” kolesterol parçacıkları kimyasal bir kovanın içinde bağlanır ve bu biçimde vücuttan atılır. Yani doğal kökenli ürünler olan siklodekstrinler de sağlığın kendisidir.