Kimyəvi Maraqlar Kabineti - 2-ci hissə

Kimya bölməsinin əvvəlki sayında kimyəvi qəribə şousundan bir neçə birləşmə təqdim edildi (seriyanın adına əsasən, siz məktəbdə onlar haqqında mütləq öyrənməyəcəksiniz). Bunlar, qeyri-adi görünüşünə baxmayaraq, Nobel mükafatına layiq görülən kifayət qədər hörmətli "şəxslər"dir və bir sıra sahələrdə onların mülklərini qiymətləndirmək çətindir. Bu yazıda, tac efirləri və onların törəmələrindən daha az maraqlı olmayan kimya sahəsindən növbəti orijinal personajlarla tanış olmaq vaxtıdır.

kimyəvi ağaclar

Podandlar, molekulun mərkəzi hissəsinə uzun zəncirlərlə bağlanmış birləşmələr, yeni bir sinif maddələrin yaranmasına səbəb oldu ("kimyəvi ahtapotlar" haqqında daha çox keçən ayki məqalədə). Kimyaçılar "tentacles" sayını artırmaq qərarına gəldilər. Bunu etmək üçün, reaksiya verə bilən bir qrup atomla bitən qolların hər birinə müvafiq qruplarda bitən başqa bir molekul əlavə edildi (iki və ya daha çox; məsələ digər hissəciklərlə birləşdirilə bilən saytların sayını artırmaqdır. ). Onunla daha çox molekul reaksiya verdi, sonra daha çox və s. Bütün sistemin ölçüsünün artması diaqramla göstərilir:

Kimyaçılar yeni birləşmələri ağacların böyüyən budaqları ilə əlaqələndirdilər, buna görə də dendrimeriya (yunan dilindən dendron = ağac, meros = hissə) adını aldı. Əvvəlcə o, "arborole" (bu, latıncadır, burada arbor həm də ağac deməkdir) və ya "şəlaləli hissəciklər" terminləri ilə rəqabət aparırdı. Müəllif daha çox meduzaların və ya hərəkətsiz anemonların dolaşıq çəngəllərinə bənzəsə də, kəşf edənlərin, təbii ki, ad vermək hüququ var. Dendrimerlərin fraktal strukturlarla əlaqəsi də mühüm müşahidədir.

1. Orijinal dendrimerlərdən birinin modeli

filialın böyüməsi mərhələsi

Dendrimerlər sonsuza qədər böyüyə bilməzlər (1). Budaqların sayı eksponent olaraq artır və sferik kütlənin səthinə yeni molekulların bağlanmasının bir neçə-on mərhələsindən sonra boş yer bitir (bütün nanometr ölçülərinə çatır; nanometr metrin milyardda biridir). Digər tərəfdən, dendrimerin xüsusiyyətlərini manipulyasiya etmək imkanları demək olar ki, sonsuzdur. Səthdə mövcud olan fraqmentlər hidrofilik ("su sevən", yəni su və qütb həlledicilərə yaxınlıq) və ya hidrofobik ("sudan qaçmaq", lakin qeyri-qütblü mayelərlə, məsələn, əksər üzvi maddələrlə təmasda olmağa meylli ola bilər. həlledicilər). həlledicilər). Eynilə, bir molekulun daxili təbiəti qütblü və ya qeyri-qütblü ola bilər. Dendrimerin səthinin altında, ayrı-ayrı budaqlar arasında, seçilmiş maddələrin daxil edilə biləcəyi boş yerlər var (sintez mərhələsində və ya daha sonra, onlar səth qruplarına da əlavə edilə bilər). Buna görə də, kimyəvi ağaclar arasında hər kəs ehtiyaclarına uyğun bir şey tapacaqdır. Siz isə oxucu, bu yazını sona qədər oxumazdan əvvəl düşünün ki, quruluşuna görə istənilən mühitdə “rahat” olan molekullardan nə üçün istifadə edə bilərsiniz və başqa hansı maddələrin ola biləcəyini düşünün?

Əlbəttə ki, seçilmiş birləşmələri daşımaq və onların məzmununu qorumaq üçün konteynerlər kimi. (2). Bunlar dendrimerlərin əsas tətbiqləridir. Onların əksəriyyəti hələ tədqiqat mərhələsində olsa da, bəziləri artıq praktikada tətbiq olunur. Dendrimerlər, bədənin su mühitində dərmanların daşınması üçün əladır. Bəzi dərmanları bədən mayelərində həll etmək üçün xüsusi olaraq dəyişdirmək lazımdır - konveyerlərin istifadəsi bu çevrilmələrdən qaçınacaqdır (onlar dərmanın effektivliyinə mənfi təsir göstərə bilər). Bundan əlavə, aktiv maddə kapsulun içindən yavaş-yavaş sərbəst buraxılır, yəni dozaları azaltmaq və daha az qəbul etmək olar. Müxtəlif molekulların dendrimerin səthinə yapışması onların yalnız ayrı-ayrı orqanların hüceyrələri tərəfindən tanınmasına səbəb olur. Bu, öz növbəsində, bütün bədəni lazımsız əlavə təsirlərə məruz qoymadan, məsələn, xərçəng əleyhinə terapiyada dərmanı birbaşa təyinat yerinə çatdırmağa imkan verir.

2. Tərkibində başqa molekul olan dendrimerin modeli

(yuxarı)

Kosmetika həm su, həm də yağlar əsasında yaradılır. Bununla belə, tez-tez aktiv maddə yağda həll olunur və kosmetik məhsul sulu bir həll şəklindədir (və əksinə: suda həll olunan maddə yağ bazası ilə qarışdırılmalıdır). Emulqatorların əlavə edilməsi (sabit su-yağ məhlulunun əmələ gəlməsinə imkan verir) həmişə müsbət nəticə vermir. Buna görə də, kosmetika laboratoriyaları dendrimerlərin potensialından ehtiyaclara asanlıqla uyğunlaşdırıla bilən konveyerlər kimi istifadə etməyə çalışırlar. Bitki mühafizəsi kimyəvi sənayesi də oxşar problemlərlə üzləşir. Yenə də tez-tez qeyri-qütblü pestisidi su ilə qarışdırmaq lazımdır. Dendrimerlər əlaqəni asanlaşdırır və əlavə olaraq patogeni içəridən tədricən azad edir, zəhərli maddələrin miqdarını azaldır. Başqa bir tətbiq mikrobları məhv etdiyi bilinən metal gümüş nanohissəciklərin emalıdır. Genetik tədqiqatlarda peyvəndlərdəki antigenlərin və DNT fraqmentlərinin daşınması üçün dendrimerlərin istifadəsi ilə bağlı tədqiqatlar da davam etdirilir. Daha çox imkanlar var, sadəcə təxəyyülünüzü istifadə etməlisiniz.

vedrələr

Qlükoza canlılar aləmində ən çox yayılmış üzvi birləşmədir. Hər il 100 milyard ton həcmində istehsal edildiyi təxmin edilir! Orqanizmlər fotosintezin əsas məhsulundan müxtəlif yollarla istifadə edirlər. Qlükoza hüceyrələrdə enerji mənbəyidir, ehtiyat material (bitki nişastası və heyvan qlikogeni) və tikinti materialı (selüloz) kimi xidmət edir. On doqquzuncu və iyirminci əsrlərin sonunda bakterial fermentlərin (qısaldılmış KD) təsiri ilə nişastanın qismən parçalanması məhsulları müəyyən edildi. Adından göründüyü kimi, bunlar siklik və ya halqa birləşmələridir:

Onlar altı (variant a-CD), yeddi (b-CD) və ya səkkiz (g-CD) qlükoza molekulundan ibarətdir, baxmayaraq ki, daha böyük halqalar da məlumdur. (3). Bəs niyə bəzi bakteriyaların metabolik məhsulları o qədər maraqlıdır ki, onlara “Gənc Texnikum”da yer verilir?

3. Siklodekstrinlərin modelləri. Soldan sağa: a - KD, b - KD, g - KD.

Əvvəla, siklodekstrinlər suda həll olunan birləşmələrdir, bu, təəccüblü olmamalıdır - onlar nisbətən kiçikdir və yüksək həll olunan qlükozadan ibarətdir (nişasta məhlul yaratmaq üçün çox böyük hissəciklər əmələ gətirir, lakin dayandırıla bilər). İkincisi, çoxsaylı OH qrupları və qlükoza oksigen atomları digər molekulları bağlaya bilir. Üçüncüsü, siklodekstrinlər ucuz və mövcud nişastadan sadə biotexnoloji proseslə (hazırda ildə minlərlə ton həcmində) alınır. Dördüncüsü, onlar tamamilə toksik olmayan maddələr olaraq qalırlar. Və nəhayət, ən orijinalı onların formasıdır (siz, Oxucu, bu birləşmələrdən istifadə edərkən bunu təklif etməlisiniz): Dipsiz vedrə, yəni. siklodekstrinlər digər maddələrin daşınması üçün uyğundur (daha böyük bir çuxurdan keçmiş molekul düşməyəcək). altındakı konteyner və üstəlik, atomlararası qüvvələrlə bağlıdır). Sağlamlıq üçün zərərsiz olduqları üçün dərman və qidaların tərkib hissəsi kimi istifadə edilə bilər.

Ancaq təsvirdən qısa müddət sonra kəşf edilən siklodekstrinlərin ilk istifadəsi katalitik fəaliyyət idi. Təsadüfən məlum oldu ki, onların iştirakı ilə bəzi reaksiyalar ətraf mühitdə bu birləşmələrin olmaması ilə müqayisədə tamamilə fərqli şəkildə gedir. Səbəb, substrat molekulunun ("qonaq") vedrə ("ev sahibi") içərisinə girməsidir. (4, 5). Buna görə də, molekulun bir hissəsi reagentlər üçün əlçatmazdır və transformasiya yalnız çıxıntılı yerlərdə baş verə bilər. Təsir mexanizmi bir çox fermentlərin fəaliyyətinə bənzəyir, onlar da molekulların hissələrini "maska" edirlər.

4. Tərkibində başqa molekul olan siklodekstrin molekulunun modeli.

5. Eyni kompleksə başqa bir baxış

Siklodekstrinlərin içərisində hansı molekullar saxlanıla bilər? İçərisinə uyğun gələn demək olar ki, hər şey - qonaq və ev sahibi ölçüsünün uyğunluğu çox vacibdir (korona efirləri və onların törəmələrində olduğu kimi; keçən ayın məqaləsinə baxın) (6). Siklodekstrinlərin bu xüsusiyyəti

6. Siklodekstrin başqa bir zəncirlə bağlandı

molekullar, yəni rotaksan (daha ətraflı: məsələdə

Yanvar)

onları ətraf mühitdən birləşmələri seçici şəkildə tutmaq üçün faydalı edir. Beləliklə, maddələr reaksiyadan sonra (məsələn, dərmanların istehsalında) təmizlənir və qarışıqdan ayrılır.

Digər istifadə? Dövrdə əvvəlki məqalədən çıxarışlar (fermentlərin və daşıyıcıların modelləri, təkcə ionlar deyil - siklodekstrinlər müxtəlif maddələri nəql edir) və dendrimerləri (dərman, kosmetika və bitki mühafizəsi vasitələrində aktiv maddələrin daşınması) təsvir edən bir çıxarış gətirmək olardı. Siklodekstrin qablaşdırmasının faydaları da oxşardır - hər şey suda həll olunur (əksər dərman, kosmetika və pestisidlərdən fərqli olaraq), aktiv maddə tədricən buraxılır və daha uzun müddət davam edir (bu, daha kiçik dozalara imkan verir) və istifadə olunan qab bioloji parçalanır (mikroorqanizmlər tez parçalanır) ). təbii məhsuldur, insan orqanizmində də metabolizə olunur). Paketin məzmunu da ətraf mühitdən qorunur (saxlanılan molekula giriş azalır). Siklodekstrinlərə yerləşdirilən bitki mühafizə vasitələri istifadə üçün əlverişli formaya malikdir. İstifadədən əvvəl suda həll olunan kartof ununa bənzər ağ tozdur. Buna görə də təhlükəli və tez alışan üzvi həlledicilərdən istifadə etməyə ehtiyac yoxdur.

Siklodekstrinin istifadə siyahısına nəzər saldıqda, biz orada bir neçə başqa "ləzzət" və "qoxu" tapa bilərik. Birincisi çox istifadə olunan metafora olsa da, ikincisi sizi təəccübləndirə bilər. Bununla belə, kimyəvi vedrələr pis qoxuları aradan qaldırmağa və istədiyiniz aromaları saxlamağa və buraxmağa xidmət edir. Hava təravətləndiriciləri, qoxu uducular, ətirlər və ətirli kağızlar siklodekstrin komplekslərinin istifadəsinə bir neçə nümunədir. Maraqlı fakt ondan ibarətdir ki, yuyucu tozların tərkibinə siklodekstrinlərdə qablaşdırılmış dadlandırıcı birləşmələr əlavə edilir. Ütüləmə və taxma zamanı ətir tədricən parçalanır və buraxılır.

Cəhd etmək vaxtıdır. “Acı dərman ən yaxşı sağaldır”, amma dadı dəhşətlidir. Bununla belə, siklodekstrin ilə kompleks şəklində tətbiq olunarsa, xoşagəlməz hisslər olmayacaq (maddə dad qönçələrindən təcrid olunur). Qreypfrut suyunun acılığı da siklodekstrinlərin köməyi ilə aradan qaldırılır. Sarımsaq və digər ədviyyatların ekstraktları sərbəst formada olduğundan daha komplekslər şəklində daha sabitdir. Eyni şəkildə qablaşdırılmış ləzzətlər qəhvə və çayın dadını artırır. Bundan əlavə, onların antikolesterol fəaliyyətinin müşahidəsi siklodekstrinlərin lehinə danışır. "Pis" xolesterinin hissəcikləri kimyəvi vedrə içərisində bağlanır və bu formada bədəndən xaric olur. Beləliklə, təbii mənşəli məhsullar olan siklodekstrinlər də sağlamlıqdır.