ქიმიური კურიოზების კაბინეტი - ნაწილი 2

ქიმიის განყოფილების წინა ნომერში წარმოდგენილი იყო რამდენიმე ნაერთი ქიმიური ფრიკის შოუდან (სერიის სახელწოდებით თუ ვიმსჯელებთ, მათ შესახებ სკოლაში ნამდვილად ვერ გაიგებთ). ეს საკმაოდ პატივსაცემი "პიროვნებები" არიან, რომლებსაც, მიუხედავად მათი უჩვეულო გარეგნობისა, მიენიჭათ ნობელის პრემია და მათი ქონება რიგ სფეროებში ძნელად შეიძლება გადაჭარბებული იყოს. ამ სტატიაში დროა გავეცნოთ მომდევნო ორიგინალურ პერსონაჟებს ქიმიის სფეროდან, არანაკლებ საინტერესო, ვიდრე გვირგვინის ეთერები და მათი წარმოებულები.

ქიმიური ხეები

პოდანებმა, ნაერთებმა გრძელი ჯაჭვებით, რომლებიც მიმაგრებულია მოლეკულის ცენტრალურ ნაწილზე, წარმოშვა ნივთიერებების ახალი კლასი (მეტი "ქიმიური რვაფეხების" შესახებ გასული თვის სტატიაში). ქიმიკოსებმა გადაწყვიტეს „საცეცების“ რაოდენობის გაზრდა. ამისათვის, თითოეულ მკლავს, რომელიც მთავრდება ატომების ჯგუფში, რომელსაც შეუძლია რეაგირება, დაემატა სხვა მოლეკულა, რომელიც მთავრდება შესაბამის ჯგუფებში (ორი ან მეტი; საქმე იმაშია, რომ გაიზარდოს ადგილების რაოდენობა, რომლებიც შეიძლება გაერთიანდეს სხვა ნაწილაკებთან. ). უფრო მეტი მოლეკულა რეაგირებდა მასთან, შემდეგ მეტი და ა.შ. მთელი სისტემის ზომის ზრდა ილუსტრირებულია დიაგრამაზე:

ქიმიკოსები ახალ ნაერთებს უკავშირებენ ხეების მზარდ ტოტებს, აქედან მომდინარეობს სახელწოდება დენდრიმერია (ბერძნულიდან dendron = ხე, meros = ნაწილი). თავდაპირველად ის კონკურენციას უწევდა ტერმინებს „არბოროლი“ (ეს ლათინურია, სადაც არბორი ასევე ნიშნავს ხეს) ან „კასკადურ ნაწილაკებს“. მიუხედავად იმისა, რომ ავტორი უფრო ჰგავს მედუზების ჩახლართულ საცეცებს ან უმოქმედო ანემონებს, აღმომჩენებს, რა თქმა უნდა, აქვთ სახელების უფლება. ასევე მნიშვნელოვანი დაკვირვებაა დენდრიმერების კავშირი ფრაქტალურ სტრუქტურებთან.

1. ერთ-ერთი ორიგინალური დენდრიმერის მოდელი

ტოტების ზრდის ეტაპი

დენდრიმერები განუსაზღვრელი ვადით ვერ იზრდება (1). ტოტების რაოდენობა ექსპონენტურად იზრდება და სფერული მასის ზედაპირზე ახალი მოლეკულების მიმაგრების რამდენიმე-ათ ეტაპად, თავისუფალი სივრცე მთავრდება (მთელი აღწევს ნანომეტრულ ზომებს; ნანომეტრი არის მეტრის მემილიარდედი). მეორეს მხრივ, დენდრიმერის თვისებებით მანიპულირების შესაძლებლობები თითქმის შეუზღუდავია. ზედაპირზე არსებული ფრაგმენტები შეიძლება იყოს ჰიდროფილური ("წყლის მოყვარული", ანუ წყლისა და პოლარული გამხსნელებისადმი მიდრეკილება) ან ჰიდროფობიური ("წყლის თავიდან აცილება", მაგრამ მიდრეკილია არაპოლარულ სითხეებთან შეხებისკენ, მაგალითად, ყველაზე ორგანულ სითხეებთან. გამხსნელები). გამხსნელები). ანალოგიურად, მოლეკულის ინტერიერი შეიძლება იყოს პოლარული ან არაპოლარული ბუნებით. დენდრიმერის ზედაპირის ქვეშ, ცალკეულ ტოტებს შორის არის თავისუფალი ადგილები, რომლებშიც შესაძლებელია შერჩეული ნივთიერებების შეყვანა (სინთეზის ეტაპზე ან მოგვიანებით, ისინი ასევე შეიძლება მიმაგრდეს ზედაპირულ ჯგუფებს). ამიტომ, ქიმიურ ხეებს შორის ყველა იპოვის თავის საჭიროებებს შესაფერისს. შენ კი, მკითხველო, სანამ ამ სტატიას ბოლომდე წაიკითხავ, დაფიქრდი, რისთვის შეგიძლია გამოიყენო მოლეკულები, რომლებიც, მათი სტრუქტურის მიხედვით, იქნება „კომფორტული“ ნებისმიერ გარემოში და სხვა რა ნივთიერებებს შეიძლება შეიცავდეს?

რა თქმა უნდა, როგორც კონტეინერები შერჩეული ნაერთების ტრანსპორტირებისთვის და მათი შინაარსის დასაცავად. (2). ეს არის დენდრიმერების ძირითადი აპლიკაციები. მიუხედავად იმისა, რომ მათი უმრავლესობა ჯერ კიდევ კვლევის ეტაპზეა, ზოგიერთი მათგანი უკვე გამოიყენება პრაქტიკაში. დენდრიმერები შესანიშნავია ნარკოტიკების გადასატანად სხეულის წყლის გარემოში. ზოგიერთ წამალს სჭირდება სპეციალურად მოდიფიცირება, რათა დაითხოვოს სხეულის სითხეებში - კონვეიერების გამოყენება თავიდან აიცილებს ამ ტრანსფორმაციას (მათ შეიძლება უარყოფითი გავლენა მოახდინოს პრეპარატის ეფექტურობაზე). გარდა ამისა, აქტიური ნივთიერება ნელ-ნელა გამოიყოფა კაფსულის შიგნიდან, რაც ნიშნავს, რომ შესაძლებელია დოზის შემცირება და უფრო იშვიათად მიღება. დენდრიმერის ზედაპირზე სხვადასხვა მოლეკულების მიმაგრება იწვევს იმ ფაქტს, რომ ისინი აღიარებულია მხოლოდ ცალკეული ორგანოების უჯრედებით. ეს, თავის მხრივ, საშუალებას აძლევს წამლის ტრანსპორტირებას პირდაპირ დანიშნულების ადგილზე, მთელი ორგანიზმის არასაჭირო გვერდითი ეფექტების გამოვლენის გარეშე, მაგალითად, კიბოს საწინააღმდეგო თერაპიის დროს.

2. სხვა მოლეკულის შემცველი დენდრიმერის მოდელი

(ზედა)

კოსმეტიკა იქმნება როგორც წყლის, ასევე ცხიმების საფუძველზე. თუმცა, ხშირად აქტიური ნივთიერება ცხიმში ხსნადია, კოსმეტიკური პროდუქტი კი წყალხსნარის სახით (და პირიქით: წყალში ხსნადი ნივთიერება ცხიმოვან ფუძესთან უნდა იყოს შერეული). ემულგატორების დამატება (რომელიც იძლევა სტაბილური წყალ-ცხიმოვანი ხსნარის ფორმირების საშუალებას) ყოველთვის არ მუშაობს დადებითად. ამიტომ, კოსმეტიკური ლაბორატორიები ცდილობენ გამოიყენონ დენდრიმერების პოტენციალი, როგორც კონვეიერები, რომლებიც ადვილად შეიძლება მოერგოს საჭიროებებს. მსგავსი პრობლემების წინაშე დგას მოსავლის დაცვის ქიმიური მრეწველობა. ისევ და ისევ, ხშირად საჭიროა არაპოლარული პესტიციდის წყალთან შერევა. დენდრიმერები აადვილებს შეერთებას და, გარდა ამისა, თანდათანობით გამოყოფს პათოგენს შიგნიდან, ამცირებს ტოქსიკური ნივთიერებების რაოდენობას. კიდევ ერთი გამოყენება არის მეტალის ვერცხლის ნანონაწილაკების დამუშავება, რომლებიც ცნობილია მიკრობების განადგურებით. ასევე მიმდინარეობს კვლევა დენდრიმერების გამოყენების შესახებ ვაქცინებში ანტიგენების და დნმ-ის ფრაგმენტების გადასატანად გენეტიკურ კვლევებში. მეტი შესაძლებლობაა, თქვენ უბრალოდ უნდა გამოიყენოთ თქვენი ფანტაზია.

თაიგულები

გლუკოზა არის ყველაზე უხვი ორგანული ნაერთი ცოცხალ სამყაროში. ვარაუდობენ, რომ იგი ყოველწლიურად იწარმოება 100 მილიარდი ტონა! ორგანიზმები ფოტოსინთეზის ძირითად პროდუქტს სხვადასხვა გზით იყენებენ. გლუკოზა არის ენერგიის წყარო უჯრედებში, ემსახურება როგორც სარეზერვო მასალას (მცენარეული სახამებელი და ცხოველური გლიკოგენი) და სამშენებლო მასალა (ცელულოზა). მეცხრამეტე და მეოცე საუკუნეების მიჯნაზე გამოვლინდა სახამებლის ნაწილობრივი დაშლის პროდუქტები ბაქტერიული ფერმენტების მოქმედებით (შემოკლებით KD). როგორც სახელი გვთავაზობს, ეს არის ციკლური ან რგოლის ნაერთები:

ისინი შედგება ექვსი (ვარიანტი a-CD), შვიდი (b-CD) ან რვა (g-CD) გლუკოზის მოლეკულისგან, თუმცა ცნობილია უფრო დიდი რგოლებიც. (3). მაგრამ რატომ არის ზოგიერთი ბაქტერიის ნივთიერებათა ცვლის პროდუქტები იმდენად საინტერესო, რომ მათ ადგილს უთმობენ „ახალგაზრდა ტექნიკურ სკოლაში“?

3. ციკლოდექსტრინების მოდელები. მარცხნიდან მარჯვნივ: a - KD, b - KD, g - KD.

უპირველეს ყოვლისა, ციკლოდექსტრინები წყალში ხსნადი ნაერთებია, რაც გასაკვირი არ უნდა იყოს - ისინი შედარებით მცირეა და შედგება უაღრესად ხსნადი გლუკოზისგან (სახამებელი ქმნის ძალიან დიდ ნაწილაკებს ხსნარის შესაქმნელად, მაგრამ შეიძლება შეჩერდეს). მეორეც, მრავალრიცხოვან OH ჯგუფს და გლუკოზის ჟანგბადის ატომებს შეუძლიათ სხვა მოლეკულების დაკავშირება. მესამე, ციკლოდექსტრინები მიიღება მარტივი ბიოტექნოლოგიური პროცესით იაფი და ხელმისაწვდომი სახამებლისგან (ამჟამად ათასობით ტონა წელიწადში). მეოთხე, ისინი რჩება სრულიად არატოქსიკურ ნივთიერებებად. და ბოლოს, ყველაზე ორიგინალური მათი ფორმაა (რაც თქვენ, მკითხველმა უნდა შემოგთავაზოთ ამ ნაერთების გამოყენებისას): უძირო ვედრო, ე.ი. ციკლოდექსტრინები შესაფერისია სხვა ნივთიერებების გადასატანად (მოლეკულა, რომელიც გაიარა უფრო დიდ ხვრელში, არ ამოვარდება). კონტეინერი ბოლოში და, უფრო მეტიც, იგი შეკრულია ატომთაშორისი ძალებით). ჯანმრთელობისთვის უვნებლობის გამო, ისინი შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ინგრედიენტები მედიკამენტებსა და საკვებში.

თუმცა, ციკლოდექსტრინების პირველი გამოყენება, რომელიც აღმოაჩინეს აღწერიდან მალევე, იყო კატალიზური აქტივობა. შემთხვევით აღმოჩნდა, რომ ზოგიერთი რეაქცია მათი მონაწილეობით მიმდინარეობს სრულიად განსხვავებული გზით, ვიდრე გარემოში ამ ნაერთების არარსებობის შემთხვევაში. მიზეზი ის არის, რომ სუბსტრატის მოლეკულა ("სტუმარი") ხვდება თაიგულში ("მასპინძელი") (4, 5). ამრიგად, მოლეკულის ნაწილი მიუწვდომელია რეაგენტებისთვის და ტრანსფორმაცია შეიძლება მოხდეს მხოლოდ იმ ადგილებში, რომლებიც გარეთაა გამოსული. მოქმედების მექანიზმი მსგავსია მრავალი ფერმენტის მოქმედებისა, რომელიც ასევე „ნიღბავს“ მოლეკულების ნაწილებს.

4. ციკლოდექსტრინის მოლეკულის მოდელი, რომელიც შეიცავს სხვა მოლეკულას.

5. კიდევ ერთი შეხედე იმავე კომპლექსს

რა მოლეკულები შეიძლება ინახებოდეს ციკლოდექსტრინების შიგნით? თითქმის ყველაფერი, რაც მოერგება შიგნით - სტუმრის და მასპინძლის ზომის შესატყვისი გადამწყვეტია (როგორც კორონა ეთერები და მათი წარმოებულები; იხილეთ გასული თვის სტატია) (6). ციკლოდექსტრინების ეს თვისება

6. ციკლოდექსტრინი სხვა ჯაჭვზე დამაგრებული

მოლეკულები, ანუ როტაქსანი (დაწვრილებით: გამოცემაში

იანვარი)

ხდის მათ გამოსადეგს გარემოდან ნაერთების შერჩევითად აღებისთვის. ამრიგად, ნივთიერებები იწმინდება და გამოიყოფა ნარევიდან რეაქციის შემდეგ (მაგალითად, წამლების წარმოებაში).

სხვა გამოყენება? ციკლში შესაძლებელი იქნებოდა წინა სტატიიდან ნაწყვეტების ციტირება (ფერმენტების და გადამტანების მოდელები, არა მხოლოდ იონური - ციკლოდექსტრინები სხვადასხვა ნივთიერებების ტრანსპორტირებას) და დენდრიმერების აღწერის ამონაწერი (აქტიური ნივთიერებების ტრანსპორტირება მედიკამენტებში, კოსმეტიკასა და მცენარეთა დაცვის საშუალებებში). ციკლოდექსტრინის შეფუთვის სარგებელი ასევე მსგავსია - ყველაფერი იხსნება წყალში (სამკურნალო საშუალებების, კოსმეტიკური საშუალებების და პესტიციდების უმეტესობისგან განსხვავებით), აქტიური ნივთიერება გამოიყოფა თანდათანობით და უფრო დიდხანს გრძელდება (რაც იძლევა მცირე დოზების მიღების საშუალებას), ხოლო გამოყენებული კონტეინერი ბიოდეგრადირებადია (მიკროორგანიზმები სწრაფად იშლება. ). ბუნებრივი პროდუქტი, ის ასევე მეტაბოლიზდება ადამიანის ორგანიზმში). შეფუთვის შიგთავსი ასევე დაცულია გარემოსგან (შემცირებული წვდომა შენახულ მოლეკულაზე). ციკლოდექსტრინებში მოთავსებულ მცენარეთა დაცვის საშუალებებს გამოსაყენებლად მოსახერხებელი ფორმა აქვს. ეს არის კარტოფილის ფქვილის მსგავსი თეთრი ფხვნილი, რომელსაც გამოყენებამდე ხსნიან წყალში. აქედან გამომდინარე, არ არის საჭირო საშიში და აალებადი ორგანული გამხსნელების გამოყენება.

ციკლოდექსტრინის გამოყენების სიის დათვალიერებისას ჩვენ შეგვიძლია ვიპოვოთ მასში კიდევ რამდენიმე „არომატი“ და „სუნი“. მიუხედავად იმისა, რომ პირველი საყოველთაოდ გამოყენებული მეტაფორაა, ეს უკანასკნელი შეიძლება გაგიკვირდეთ. თუმცა, ქიმიური თაიგულები ემსახურება უსიამოვნო სუნის მოცილებას და სასურველი არომატის შენახვას და განთავისუფლებას. ჰაერის გამაგრილებელი საშუალებები, სუნის შთამნთქმელი, სუნამოები და სურნელოვანი ქაღალდები ციკლოდექსტრინის კომპლექსების გამოყენების მხოლოდ რამდენიმე მაგალითია. საინტერესო ფაქტია, რომ სარეცხი ფხვნილებს ემატება ციკლოდექსტრინებში შეფუთული არომატიზატორები. დაუთოებისა და ტარების დროს სუნამო თანდათან იშლება და გამოდის.

დროა სცადო. „მწარე წამალი საუკეთესოდ კურნავს“, მაგრამ საშინელი გემო აქვს. თუმცა, თუ იგი შეყვანილია ციკლოდექსტრინთან კომპლექსის სახით, არ იქნება უსიამოვნო შეგრძნებები (ნივთიერება იზოლირებულია გემოვნების კვირტებისგან). გრეიფრუტის წვენის სიმწარეს ასევე აშორებენ ციკლოდექსტრინების დახმარებით. ნივრის და სხვა სანელებლების ექსტრაქტები ბევრად უფრო სტაბილურია კომპლექსების სახით, ვიდრე თავისუფალი სახით. ანალოგიურად შეფუთული არომატები აძლიერებს ყავისა და ჩაის გემოს. გარდა ამისა, მათი ანტიქოლესტერინის აქტივობაზე დაკვირვება ციკლოდექსტრინების სასარგებლოდ მეტყველებს. „ცუდი“ ქოლესტერინის ნაწილაკები ქიმიურ თაიგულში იკვრება და ამ სახით გამოიყოფა ორგანიზმიდან. ასე რომ, ციკლოდექსტრინები, ბუნებრივი წარმოშობის პროდუქტები, ასევე ჯანმრთელობაა.