Химиялық қызығушылық кабинеті - 2 бөлім

Химия бөлімінің алдыңғы шығарылымында химиялық таңғаларлық шоудың бірнеше қосылыстары ұсынылды (серия атына қарағанда, сіз олар туралы мектепте білмейсіз). Бұл ерекше келбетіне қарамастан, Нобель сыйлығына ие болған өте құрметті «адамдар» және олардың бірқатар салалардағы қасиеттерін асыра бағалау мүмкін емес. Бұл мақалада тәжі эфирлері мен олардың туындыларынан кем емес қызықты химия саласындағы келесі түпнұсқа кейіпкерлермен танысу уақыты келді.

химиялық ағаштар

Подандар, молекуланың орталық бөлігіне бекітілген ұзын тізбектері бар қосылыстар, заттардың жаңа класын тудырды (өткен айдағы мақалада «химиялық сегізаяқтар» туралы толығырақ). Химиктер «шатырлардың» санын көбейтуді шешті. Ол үшін реакцияға қабілетті атомдар тобымен аяқталатын қарулардың әрқайсысына сәйкес топтармен аяқталатын басқа молекула қосылды (екі немесе одан да көп; мәселе басқа бөлшектермен біріктірілуі мүмкін учаскелердің санын көбейту болып табылады) ). Онымен көбірек молекулалар әрекеттесті, содан кейін көбірек және т.б. Бүкіл жүйенің көлемінің ұлғаюы диаграммада көрсетілген:

Химиктер жаңа қосылыстарды ағаштардың өсіп келе жатқан бұтақтарымен байланыстырды, демек дендримерия (грек тілінен дендрон = ағаш, meros = бөлік) деп аталды. Бастапқыда ол «арборол» (бұл латынша, бұл жерде арбор сонымен қатар ағаш дегенді білдіреді) немесе «каскадты бөлшектер» терминдерімен бәсекелесті. Автор медузаның немесе белсенді емес анемондардың шатастырылған шатырларына ұқсағанымен, ашушылардың, әрине, атауларға құқығы бар. Дендримерлердің фракталдық құрылымдармен байланысы да маңызды бақылау болып табылады.

1. Түпнұсқа дендримерлердің бірінің моделі

бұтақтардың өсу кезеңі

Дендримерлер шексіз өсе алмайды (1). Бұтақтардың саны экспоненциалды түрде өседі және сфералық массаның бетіне жаңа молекулалардың қосылуының бірнеше-он сатысынан кейін бос кеңістік аяқталады (бүкіл нанометрлік өлшемдерге жетеді; нанометр - метрдің миллиардтан бір бөлігі). Екінші жағынан, дендримердің қасиеттерімен манипуляциялау мүмкіндіктері дерлік шексіз. Бетінде кездесетін фрагменттер гидрофильді («суды жақсы көретін», яғни суға және полярлы еріткіштерге жақындығы бар) немесе гидрофобты («судан аулақ», бірақ полярлы емес сұйықтықтармен, мысалы, көптеген органикалық заттармен жанасуға бейім) болуы мүмкін. еріткіштер). еріткіштер). Сол сияқты, молекуланың ішкі табиғаты полярлы немесе полюссіз болуы мүмкін. Дендример бетінің астында, жеке тармақтар арасында таңдалған заттарды енгізуге болатын бос кеңістіктер бар (синтез сатысында немесе одан кейін олар беттік топтарға да қосылуы мүмкін). Сондықтан, химиялық ағаштар арасында әркім өз қажеттіліктеріне сәйкес келетін нәрсені табады. Ал сіз, оқырман, осы мақаланы соңына дейін оқымас бұрын, құрылымы бойынша кез келген ортада «ыңғайлы» болатын молекулаларды не үшін қолдануға болатынын және басқа қандай заттар болуы мүмкін екенін ойлаңыз?

Әрине, таңдалған қосылыстарды тасымалдауға және олардың мазмұнын қорғауға арналған контейнерлер ретінде. (2). Бұл дендримерлердің негізгі қолданбалары. Олардың көпшілігі зерттеу сатысында болса да, кейбіреулері тәжірибеде қолданылуда. Дендримерлер ағзаның су ортасында есірткіні тасымалдау үшін тамаша. Кейбір препараттарды дене сұйықтықтарында еріту үшін арнайы модификациялау қажет - конвейерлерді пайдалану бұл трансформацияларды болдырмайды (олар препараттың тиімділігіне теріс әсер етуі мүмкін). Сонымен қатар, белсенді субстанция капсула ішінен баяу шығарылады, бұл дозаны азайтуға және сирек қабылдауға болатынын білдіреді. Дендримердің бетіне әртүрлі молекулалардың қосылуы олардың жеке мүшелердің жасушаларымен ғана танылуына әкеледі. Бұл, өз кезегінде, бүкіл денені қажетсіз жанама әсерлерге, мысалы, ісікке қарсы терапияға ұшыратпай, препаратты тікелей тағайындалған жерге жеткізуге мүмкіндік береді.

2. Құрамында басқа молекуласы бар дендример моделі

(жоғарғы)

Косметика судың да, майдың да негізінде жасалады. Дегенмен, көбінесе белсенді зат майда ериді, ал косметикалық өнім сулы ерітінді түрінде болады (және керісінше: суда еритін зат май негізімен араласуы керек). Эмульгаторларды қосу (тұрақты су-май ерітіндісін қалыптастыруға мүмкіндік береді) әрқашан қолайлы нәтиже бермейді. Сондықтан косметикалық зертханалар дендрмерлердің әлеуетін қажеттіліктерге оңай бейімделетін конвейерлер ретінде пайдалануға тырысады. Өсімдіктерді қорғау химикаттарының өнеркәсібі ұқсас мәселелерге тап болады. Тағы да, полярлы емес пестицидті сумен араластыру қажет. Дендримерлер қосылысты жеңілдетеді және сонымен қатар патогенді ішінен біртіндеп босатады, улы заттардың мөлшерін азайтады. Қолданбаның тағы бір түрі - микробтарды жоятын металл күміс нанобөлшектерін өңдеу. Сондай-ақ генетикалық зерттеулерде вакциналардағы антигендерді және ДНҚ фрагменттерін тасымалдау үшін дендримерлерді қолдану бойынша зерттеулер жүргізілуде. Мүмкіндіктер көбірек, тек өз қиялыңызды пайдалану керек.

Шелектер

Глюкоза - тірі әлемде ең көп таралған органикалық қосылыс. Ол жыл сайын 100 миллиард тонна көлемінде өндіріледі деп есептеледі! Организмдер фотосинтездің негізгі өнімін әр түрлі пайдаланады. Глюкоза жасушаларда энергия көзі болып табылады, резервтік материал (өсімдік крахмалы және жануарлардың гликогені) және құрылыс материалы (целлюлоза) қызметін атқарады. ХІХ-ХХ ғасырлар тоғысында бактериялық ферменттердің әсерінен крахмалдың ішінара ыдырау өнімдері анықталды (қысқартылған ҚД). Атауынан көрініп тұрғандай, бұл циклдік немесе сақиналы қосылыстар:

Олар алты (а-CD нұсқасы), жеті (b-CD) немесе сегіз (g-CD) глюкоза молекулаларынан тұрады, дегенмен үлкенірек сақиналар да белгілі. (3). Бірақ неліктен кейбір бактериялардың зат алмасу өнімдері соншалықты қызықты, оларға «Жас техникумда» орын беріледі?

3. Циклодекстриндердің модельдері. Солдан оңға қарай: а - ҚД, б - ҚД, г - ҚД.

Біріншіден, циклодекстриндер суда еритін қосылыстар болып табылады, олар таң қалдырмауы керек - олар салыстырмалы түрде кішкентай және жақсы еритін глюкозадан тұрады (крахмал ерітінді түзу үшін тым үлкен бөлшектерді құрайды, бірақ суспензияға ұшырауы мүмкін). Екіншіден, көптеген OH топтары мен глюкозаның оттегі атомдары басқа молекулаларды байланыстыруға қабілетті. Үшіншіден, циклодекстриндер арзан және қолжетімді крахмалдан қарапайым биотехнологиялық процесс арқылы алынады (қазіргі уақытта жылына мыңдаған тонна көлемінде). Төртіншіден, олар толығымен улы емес заттар болып қалады. Және, сайып келгенде, ең түпнұсқасы - олардың пішіні (сіз, Оқырман, осы қосылыстарды пайдалану кезінде ұсынуыңыз керек): Түбі жоқ шелек, т.б. циклодекстриндер басқа заттарды тасымалдауға жарамды (үлкенірек тесіктен өткен молекула құлап кетпейді). түбіндегі контейнер, сонымен қатар ол атомаралық күштермен байланысты). Денсаулыққа зиянсыз болғандықтан, олар дәрілік заттар мен тағамдық өнімдердің ингредиенті ретінде пайдаланылуы мүмкін.

Алайда, сипаттаудан кейін көп ұзамай табылған циклодекстриндердің алғашқы қолданылуы каталитикалық белсенділік болды. Кездейсоқ белгілі болды, олардың қатысуымен кейбір реакциялар қоршаған ортада бұл қосылыстардың болмауына қарағанда мүлдем басқа жолмен жүреді. Себебі, субстрат молекуласы («қонақ») шелекке («хост») түседі. (4, 5). Сондықтан молекуланың бір бөлігі реагенттерге қол жеткізе алмайды, ал түрлендіру тек сыртқа шығып тұрған жерлерде ғана жүруі мүмкін. Әсер ету механизмі көптеген ферменттердің әрекетіне ұқсас, олар да молекулалардың бөліктерін «маскалайды».

4. Басқа молекуласы бар циклодекстрин молекуласының моделі.

5. Сол кешенге тағы бір көзқарас

Циклодекстриндердің ішінде қандай молекулалар сақталуы мүмкін? Ішіне сәйкес келетін кез келген нәрсе - қонақ пен хост өлшемін сәйкестендіру өте маңызды (корона эфирлері және олардың туындылары сияқты; өткен айдағы мақаланы қараңыз) (6). Циклодекстриндердің бұл қасиеті

6. Басқа тізбекке байланған циклодекстрин

молекулалар, яғни ротаксан (толығырақ: шығарылымда

қаңтар)

оларды қоршаған ортадан қосылыстарды іріктеп алу үшін пайдалы етеді. Осылайша, заттар реакциядан кейін қоспадан тазартылады және бөлінеді (мысалы, дәрілік заттар өндірісінде).

Басқа пайдалану? Циклдегі алдыңғы мақаладан үзінділерді келтіруге болады (ферменттер мен тасымалдаушылардың үлгілері, тек ионды ғана емес - циклодекстриндер әртүрлі заттарды тасымалдайды) және дендримерлерді сипаттайтын үзіндіні (дәрілік заттардағы, косметикадағы және өсімдіктерді қорғау құралдарындағы белсенді заттарды тасымалдайтын). Циклодекстрин қаптамасының пайдасы да ұқсас – бәрі суда ериді (көптеген дәрі-дәрмектерден, косметикадан және пестицидтерден айырмашылығы), белсенді ингредиент бірте-бірте шығарылады және ұзағырақ сақталады (бұл кішірек дозаларға мүмкіндік береді), ал пайдаланылған контейнер биологиялық ыдырайтын (микроорганизмдер тез ыдырайды). ). табиғи өнім, ол адам ағзасында да метаболизденеді). Қаптаманың мазмұны да қоршаған ортадан қорғалған (сақталған молекулаға қолжетімділік азаяды). Циклодекстриндерге орналастырылған өсімдіктерді қорғау құралдары қолдануға ыңғайлы пішінге ие. Қолданар алдында суда ерітілген картоп ұнына ұқсас ақ ұнтақ. Сондықтан қауіпті және жанғыш органикалық еріткіштерді пайдаланудың қажеті жоқ.

Циклодекстринді қолдану тізімін шолу кезінде біз одан бірнеше басқа «дәмдерді» және «иістерді» таба аламыз. Біріншісі жиі қолданылатын метафора болса, екіншісі сізді таң қалдыруы мүмкін. Дегенмен, химиялық шелектер жағымсыз иістерді кетіруге және қажетті хош иістерді сақтауға және шығаруға қызмет етеді. Ауа тазартқыштар, иіс сіңіргіштер, парфюмерия және хош иісті қағаздар циклодекстрин кешендерін қолданудың бірнеше мысалдары ғана. Бір қызығы, циклодекстриндерге оралған хош иістендіргіш қосылыстар кір жуғыш ұнтақтарға қосылады. Үтіктеу және кию кезінде хош иіс бірте-бірте бұзылып, босатылады.

Байқау уақыты. «Ащы дәрі жақсы емдейді», бірақ дәмі қорқынышты. Дегенмен, циклодекстринмен кешен түрінде енгізілсе, жағымсыз сезімдер болмайды (зат дәм бүршіктерінен оқшауланған). Грейпфрут шырынын ащы да циклодекстриндердің көмегімен жойылады. Сарымсақ және басқа да дәмдеуіштердің сығындылары еркін түрге қарағанда кешен түрінде әлдеқайда тұрақты. Дәл осылай оралған дәмдер кофе мен шайдың дәмін жақсартады. Сонымен қатар, олардың антихолестериндік белсенділігін бақылау циклодекстриндердің пайдасына айтады. «Жаман» холестериннің бөлшектері химиялық шелектің ішінде байланысады және денеден осы пішінде шығарылады. Сонымен, циклодекстриндер, табиғи өнімдер де денсаулықтың өзі.