Քիմիայի հետաքրքրությունների կաբինետ - Մաս 2

Քիմիայի բաժնի նախորդ դրվագում ներկայացված էին մի քանի միացություններ քիմիական ֆրեյք շոուից (դատելով սերիալի վերնագրից, դուք հաստատ չեք իմանա դրանց մասին դպրոցում): Սրանք բավականին հարգալից «անձեր» են, ովքեր, չնայած իրենց անսովոր արտաքինին, արժանացել են Նոբելյան մրցանակի, և նրանց ունեցվածքը մի շարք ոլորտներում դժվար թե կարելի է գերագնահատել։ Այս հոդվածում ժամանակն է ծանոթանալու քիմիայի թագավորության հաջորդ բնօրինակ կերպարներին, որոնք ոչ պակաս հետաքրքիր են, քան թագի եթերները և դրանց ածանցյալները:

Քիմիական ծառեր

Պոդանդները՝ երկար շղթաներով միացությունները, որոնք կցված են մոլեկուլի կենտրոնական մասին, առաջացրել են նյութերի նոր դաս («քիմիական ութոտնուկների» մասին ավելի շատ անցյալ ամսվա հոդվածում)։ Քիմիկոսները որոշեցին ավելացնել «շոշափուկների» թիվը։ Դրա համար յուրաքանչյուր բազուկին, որն ավարտվում է ատոմների խմբով, որը կարող է արձագանքել, ավելացվել է ևս մեկ մոլեկուլ, որն ավարտվում է համապատասխան խմբերով (երկու կամ ավելի. խնդիրն այն է, որ ավելացվի այն հատվածների թիվը, որոնք կարող են կապվել այլ մասնիկների հետ): . Ավելի շատ մոլեկուլներ արձագանքեցին դրա հետ, հետո ավելի շատ և այլն: Ամբողջ համակարգի չափի աճը պատկերված է գծապատկերով.

Քիմիկոսները նոր միացությունները կապում էին ծառերի աճող ճյուղերի հետ, այստեղից էլ կոչվում է dendrimerium (հունարեն dendron = ծառ, meros = մաս): Այն ի սկզբանե մրցում էր «arborola» (սա լատիներեն, որտեղ arbor նշանակում է նաև փայտ) կամ «կասկադի մասնիկներ» տերմինների հետ։ Թեեւ հեղինակն ավելի շատ նման է մեդուզաների խճճված շոշափուկներին կամ նստակյաց անեմոններին, սակայն հայտնաբերողները, իհարկե, անունների իրավունք ունեն։ Կարևոր դիտարկում է նաև դենդրիմերների կապը ֆրակտալ կառուցվածքների հետ։

1. Բնօրինակի դենդրիմերներից մեկի մոդելը

ճյուղերի աճի փուլ

Դենդրիմերները չեն կարող անվերջ աճել (1). Ճյուղերի թիվը երկրաչափականորեն աճում է, և գնդաձև զանգվածի մակերեսին նոր մոլեկուլների միացման մի քանի-տասը փուլից հետո ազատ տարածությունն ավարտվում է (ամբողջը հասնում է նանոմետրերի չափերին. նանոմետրը մետրի միլիարդերորդն է): Մյուս կողմից, դենդրիմերի հատկությունների մանիպուլյացիայի հնարավորությունները գրեթե անսահման են։ Մակերեւույթի վրա առկա մասերը կարող են լինել հիդրոֆիլ («ջրասեր», այսինքն՝ կապված ջրի և բևեռային լուծիչների հետ) կամ հիդրոֆոբ («ջրից խուսափող», բայց հակված են ոչ բևեռային հեղուկների, օրինակ՝ օրգանական լուծիչների մեծ մասի հետ շփմանը: լուծիչներ): Նմանապես, մոլեկուլի ինտերիերը կարող է լինել բևեռային կամ ոչ բևեռային: Դենդրիմերի մակերեսի տակ, առանձին ճյուղերի միջև կան ազատ տարածություններ, որոնց մեջ կարող են ներմուծվել ընտրված նյութեր (սինթեզի փուլում կամ ավելի ուշ դրանք կարող են կցվել նաև մակերեսային խմբերին): Հետևաբար, քիմիական ծառերի մեջ յուրաքանչյուրը կգտնի իր կարիքներին համապատասխան մի բան։ Իսկ դուք՝ ընթերցող, նախքան այս հոդվածը մինչև վերջ կարդալը, մտածեք, թե ինչ կարող եք օգտագործել մոլեկուլներ, որոնք իրենց կառուցվածքով «հարմարավետ» կլինեն ցանկացած միջավայրում, և ի՞նչ այլ նյութեր կարող են պարունակել։

Իհարկե, որպես տարաներ ընտրված միացությունների տեղափոխման և դրանց պարունակությունը պաշտպանելու համար: (2). Սրանք դենդրիմերների հիմնական կիրառություններն են։ Չնայած դրանք հիմնականում դեռ հետազոտության փուլում են, դրանցից մի քանիսն արդեն կիրառվում են գործնականում: Դենդրիմերները հիանալի են դեղամիջոցները մարմնի ջրային միջավայրում տեղափոխելու համար: Որոշ դեղամիջոցներ պետք է հատուկ ձևափոխվեն՝ մարմնի հեղուկներում լուծվելու համար. փոխակրիչների օգտագործումը կխուսափի այդ փոխակերպումներից (դրանք կարող են բացասաբար ազդել դեղամիջոցի արդյունավետության վրա): Բացի այդ, ակտիվ նյութը դանդաղորեն ազատվում է պարկուճի ներսից, ինչը նշանակում է, որ դեղաչափերը կարող են կրճատվել և ավելի քիչ ընդունվել: Տարբեր մոլեկուլների կցումը դենդրիմերի մակերեսին հանգեցնում է նրան, որ դրանք ճանաչվում են միայն որոշակի օրգանների բջիջների կողմից։ Սա, իր հերթին, թույլ է տալիս դեղը տեղափոխել անմիջապես իր նշանակման վայր՝ առանց ամբողջ օրգանիզմի վրա անհարկի կողմնակի ազդեցությունների ենթարկելու, օրինակ՝ հակաքաղցկեղային թերապիայի ժամանակ:

2. Մեկ այլ մոլեկուլ պարունակող դենդրիմերի մոդել

(վերևում)

Կոսմետիկան ստեղծվում է ինչպես ջրի, այնպես էլ ճարպերի հիման վրա։ Սակայն հաճախ ակտիվ նյութը ճարպային լուծվող է, իսկ կոսմետիկ արտադրանքը լինում է ջրային լուծույթի տեսքով (և հակառակը՝ ջրում լուծվող նյութը պետք է խառնել ճարպային հիմքի հետ)։ Էմուլգատորների ավելացումը (թույլ տալով կայուն ջրային ճարպային լուծույթի ձևավորում) միշտ չէ, որ բարենպաստ է աշխատում: Հետևաբար, կոսմետիկ ընկերությունների լաբորատորիաները փորձում են օգտագործել դենդրիմերների ներուժը որպես փոխակրիչներ, որոնք հեշտությամբ կարող են հարմարվել կարիքներին: Նմանատիպ խնդիրների է բախվում նաև մշակաբույսերի պաշտպանության քիմիական արդյունաբերությունը։ Կրկին հաճախ անհրաժեշտ է լինում խառնել ոչ բևեռային թունաքիմիկատը ջրի հետ: Դենդրիմերները հեշտացնում են կապը և, ի լրումն, աստիճանաբար ներսից ազատելով հարուցիչը՝ նվազեցնում են թունավոր նյութերի քանակը։ Մեկ այլ կիրառություն է մետաղական արծաթի նանոմասնիկների բուժումը, որոնք, ինչպես հայտնի է, ոչնչացնում են մանրէները: Հետազոտություններ են իրականացվում նաև պատվաստանյութերում անտիգենների և ԴՆԹ-ի բեկորների տեղափոխման համար դենդրիմերների օգտագործման վերաբերյալ գենետիկական հետազոտություններում: Հնարավորություններն ավելի շատ են, պարզապես անհրաժեշտ է օգտագործել ձեր երևակայությունը:

Դույլեր

Գլյուկոզան կենդանի աշխարհում ամենաառատ օրգանական միացությունն է: Ենթադրվում է, որ տարեկան արտադրվում է 100 միլիարդ տոննա: Օրգանիզմները տարբեր կերպ են օգտագործում ֆոտոսինթեզի հիմնական արտադրանքը։ Գլյուկոզան բջիջներում էներգիայի աղբյուր է, ծառայում է որպես պահուստային նյութ (բուսական օսլա և կենդանական գլիկոգեն) և շինանյութ (ցելյուլոզ)։ XNUMX-րդ և XNUMX-րդ դարերի վերջում հայտնաբերվեցին բակտերիալ ֆերմենտների ազդեցության տակ օսլայի մասնակի քայքայման արտադրանք (կրճատ՝ CD): Ինչպես անունն է հուշում, սրանք ցիկլային կամ օղակային կապեր են.

Դրանք բաղկացած են վեց (a-CD տարբերակ), յոթ (b-CD) կամ ութ (g-CD) գլյուկոզայի մոլեկուլներից, թեև հայտնի են նաև ավելի մեծ օղակներ։ (3). Բայց ինչո՞ւ են որոշ բակտերիաների նյութափոխանակության արտադրանքներն այնքան հետաքրքիր, որ տեղ ունեն «Երիտասարդ տեխնիկական դպրոցում»։

3. Ցիկլոդեքստրինների մոդելներ. Ձախից աջ՝ a – KD, b – KD, g – KD:

Նախ, ցիկլոդեքստրինները ջրում լուծվող միացություններ են, որոնք չպետք է զարմանան. դրանք համեմատաբար փոքր են և բաղկացած են բարձր լուծվող գլյուկոզայից (օսլան ձևավորում է չափազանց մեծ մասնիկներ լուծույթ ստեղծելու համար, բայց կարող է կասեցվել): Երկրորդ, բազմաթիվ OH խմբեր և գլյուկոզայի թթվածնի ատոմներ կարող են կապել այլ մոլեկուլներ: Երրորդ, ցիկլոդեքստրինները ստացվում են պարզ կենսատեխնոլոգիական գործընթացով էժան և մատչելի օսլայից (ներկայումս տարեկան հազարավոր տոննաներով): Չորրորդ, դրանք մնում են ամբողջովին ոչ թունավոր նյութեր: Եվ, վերջապես, ամենաօրիգինալը նրանց ձևն է (որը դուք՝ Ընթերցողս, պետք է առաջարկեք այս միացություններն օգտագործելիս). Անհատակ դույլ, այսինքն. ցիկլոդեքստրինները հարմար են այլ նյութեր տեղափոխելու համար (ավելի մեծ փոսով անցած մոլեկուլը դուրս չի ընկնի): կոնտեյներ ներքևում, և, ի լրումն, այն կապված է միջատոմային ուժերով): Առողջության համար անվնաս լինելու պատճառով դրանք կարող են օգտագործվել որպես դեղամիջոցների և սննդի բաղադրիչ։

Այնուամենայնիվ, ցիկլոդեքստրինների առաջին օգտագործումը, որը հայտնաբերվեց դրանց նկարագրությունից անմիջապես հետո, կատալիտիկ ակտիվությունն էր: Պատահականորեն պարզվեց, որ դրանց հետ կապված որոշ ռեակցիաներ տեղի են ունենում բոլորովին այլ կերպ, քան շրջակա միջավայրում այդ միացությունների բացակայության դեպքում: Պատճառն այն է, որ սուբստրատի մոլեկուլը («հյուր») մտնում է դույլի ներսում («հյուրընկալող») (4, 5). Հետևաբար, մոլեկուլի մի մասն անհասանելի է ռեակտիվների համար, և փոխակերպումը կարող է տեղի ունենալ միայն այն վայրերում, որոնք դուրս են ցցված: Գործողության մեխանիզմը նման է բազմաթիվ ֆերմենտների գործողությանը, որոնք նույնպես «քողարկում» են մոլեկուլների մասերը։

4. Մեկ այլ մոլեկուլ պարունակող ցիկլոդեքստրինի մոլեկուլի մոդել:

5. Եվս մեկ հայացք նույն համալիրին

Ի՞նչ մոլեկուլներ կարող են պահվել ցիկլոդեքստրինների ներսում: Գրեթե ցանկացածը, որը կտեղավորվի ներսում, որոշիչ կետը հյուրի և հյուրընկալողի չափերի փոխադարձ համապատասխանությունն է (ինչպես պսակի եթերների և դրանց ածանցյալների դեպքում, տես անցյալ ամսվա հոդվածը) (6). Սա ցիկլոդեքստրինների հատկությունն է

6. Ցիկլոդեքստրինը` մեկ այլ շղթայի վրա

մոլեկուլներ, այսինքն՝ ռոտաքսան (ավելի մանրամասն՝ համարում

հունվար)

դրանք օգտակար է դարձնում շրջակա միջավայրից միացությունները ընտրողաբար որսալու համար: Այս կերպ նյութերը զտվում և անջատվում են խառնուրդից ռեակցիայից հետո (օրինակ՝ դեղերի արտադրության մեջ)։

Այլ օգտագործում? Ցիկլի նախորդ հոդվածից հնարավոր կլինի մեջբերել հատվածներ (ֆերմենտների և փոխադրողների մոդելները, ոչ միայն իոնայինները՝ ցիկլոդեքստրինները տեղափոխում են տարբեր նյութեր) և մի հատված, որը նկարագրում է դենդրիմերները (ակտիվ նյութեր տեղափոխող դեղամիջոցներում, կոսմետիկ և բույսերի պաշտպանության միջոցներում): Ցիկլոդեքստրինի փաթեթավորման առավելությունները նույնպես նման են. ամեն ինչ լուծվում է ջրի մեջ (ի տարբերություն դեղերի, կոսմետիկայի և թունաքիմիկատների մեծամասնության), ակտիվ բաղադրիչն աստիճանաբար ազատվում է և ավելի երկար է տևում (ինչը թույլ է տալիս ավելի փոքր չափաբաժիններ), իսկ օգտագործվող տարան կենսաքայքայվում է (միկրոօրգանիզմները արագ քայքայվում են): ) բնական արտադրանք, այն նաև մետաբոլիզացվում է մարդու մարմնում): Փաթեթի պարունակությունը նույնպես պաշտպանված է շրջակա միջավայրից (նվազեցված մուտք դեպի պահպանվող մոլեկուլ): Ցիկլոդեքստրիններում տեղադրված բույսերի պաշտպանության միջոցներն ունեն օգտագործման համար հարմար ձև։ Կարտոֆիլի ալյուրի նման սպիտակ փոշի է, որն օգտագործելուց առաջ լուծվում է ջրի մեջ։ Ուստի վտանգավոր և դյուրավառ օրգանական լուծիչներ օգտագործելու կարիք չկա։

Ցիկլոդեքստրինի օգտագործման ցանկը դիտելիս մենք կարող ենք գտնել թվարկված մի քանի այլ «համեր» և «հոտեր»: Թեև առաջինը հաճախ օգտագործվող փոխաբերություն է, երկրորդը կարող է զարմացնել ձեզ: Այնուամենայնիվ, քիմիական դույլերը ծառայում են տհաճ հոտերը հեռացնելու, ինչպես նաև ցանկալի բույրերը պահպանելու և արձակելու նպատակին: Օդը թարմացնող միջոցները, հոտի կլանիչները, օծանելիքները և բուրավետ թուղթը ցիկլոդեքստրինային համալիրների օգտագործման ընդամենը մի քանի օրինակ են: Հետաքրքիր փաստ է այն, որ ցիկլոդեքստրիններում փաթեթավորված բուրավետ միացությունները ավելացվում են լվացքի փոշիներին: Արդուկելու և կրելու ընթացքում բույրն աստիճանաբար քայքայվում և ազատվում է։

Փորձելու ժամանակն է: «Դառը դեղը լավագույն դեղամիջոցն է», բայց սարսափելի համ ունի։ Այնուամենայնիվ, եթե այն կիրառվի ցիկլոդեքստրինի հետ բարդույթի տեսքով, ապա տհաճ սենսացիաներ չեն լինի (նյութը մեկուսացված է ճաշակի բշտիկներից): Գրեյպֆրուտի հյութի դառնությունը հանվում է նաեւ ցիկլոդեքստրինների օգնությամբ։ Սխտորի և այլ համեմունքների քաղվածքները բարդույթների տեսքով շատ ավելի կայուն են, քան ազատ տեսքով։ Նմանատիպ փաթեթավորված համերը բարելավում են սուրճի և թեյի համը: Բացի այդ, նրանց հակախոլեստերինի ակտիվության դիտարկումը խոսում է ցիկլոդեքստրինների օգտին։ «Վատ» խոլեստերինի մասնիկները կապված են քիմիական դույլի մեջ և այս ձևով արտազատվում են մարմնից: Այսպիսով, ցիկլոդեքստրինը, բնական ծագման արտադրանքը, նույնպես ինքնին առողջություն է: