Cabinet Chwilfrydedd Cemeg - Rhan 2

Yn rhifyn blaenorol yr adran gemeg, cyflwynwyd sawl cyfansoddyn o'r sioe freak cemegol (a barnu yn ôl enw'r gyfres, yn bendant ni fyddwch yn dysgu amdanynt yn yr ysgol). Mae'r rhain yn "bobl" eithaf parchus sydd, er gwaethaf eu hymddangosiad anarferol, wedi ennill Gwobr Nobel, a phrin y gellir goramcangyfrif eu heiddo mewn nifer o feysydd. Yn yr erthygl hon, mae'n bryd dod yn gyfarwydd â'r cymeriadau gwreiddiol nesaf o faes cemeg, dim llai diddorol nag etherau'r goron a'u deilliadau.

coed cemegol

Mae codennau, cyfansoddion â chadwyni hir ynghlwm wrth ran ganolog y moleciwl, wedi arwain at ddosbarth newydd o sylweddau (mwy ar "octopysau cemegol" yn erthygl y mis diwethaf). Penderfynodd cemegwyr gynyddu nifer y "tentaclau". I wneud hyn, at bob un o'r breichiau sy'n gorffen mewn grŵp o atomau sy'n gallu adweithio, ychwanegwyd moleciwl arall, gan orffen yn y grwpiau cyfatebol (dau neu fwy; y pwynt yw cynyddu nifer y safleoedd y gellid eu cyfuno â gronynnau eraill ). Ymatebodd mwy o foleciwlau ag ef, yna mwy, ac ati. Mae'r diagram yn dangos y cynnydd ym maint y system gyfan:

Mae cemegwyr wedi cysylltu'r cyfansoddion newydd â changhennau tyfu coed, a dyna pam yr enw dendrimeria (o'r Groeg dendron = coeden, meros = rhan). I ddechrau, roedd yn cystadlu â'r termau "arborole" (mae hyn yn Lladin, lle mae deildy hefyd yn golygu coeden) neu "gronynnau rhaeadru". Er bod yr awdur yn edrych yn debycach i'r tentaclau tanglyd o slefrod môr neu anemonïau anweithredol, mae gan y darganfyddwyr, wrth gwrs, yr hawl i enwau. Mae cysylltiad dendrimers â strwythurau ffractal hefyd yn sylw pwysig.

1. Model o un o'r dendrimers gwreiddiol

cam twf cangen

Ni all dendrimers dyfu am gyfnod amhenodol (1). Mae nifer y canghennau'n tyfu'n esbonyddol, ac ar ôl ychydig i ddeg cam o ymlyniad moleciwlau newydd ar wyneb màs sfferig, mae gofod rhydd yn dod i ben (mae'r cyfan yn cyrraedd dimensiynau nanometr; mae nanomedr yn biliynfed o fetr). Ar y llaw arall, mae'r posibiliadau o drin priodweddau'r dendrimer bron yn ddiderfyn. Gall darnau sy'n bresennol ar yr wyneb fod yn hydroffilig ("cariadus â dŵr", h.y. bod ag affinedd â dŵr a thoddyddion pegynol) neu'n hydroffobig ("osgoi dŵr", ond yn dueddol o ddod i gysylltiad â hylifau nad ydynt yn begynol, er enghraifft, y rhan fwyaf o hylifau organig. toddyddion). toddyddion). Yn yr un modd, gall tu mewn moleciwl fod naill ai'n begynol neu'n an-begynol ei natur. O dan wyneb y dendrimer, rhwng y canghennau unigol, mae mannau rhydd y gellir cyflwyno sylweddau dethol iddynt (yn ystod y cam synthesis neu'n ddiweddarach, gellir eu cysylltu â grwpiau arwyneb hefyd). Felly, ymhlith coed cemegol, bydd pawb yn dod o hyd i rywbeth sy'n addas ar gyfer eu hanghenion. Ac rydych chi, y darllenydd, cyn i chi ddarllen yr erthygl hon i'r diwedd, yn meddwl am yr hyn y gallwch chi ddefnyddio moleciwlau a fydd, yn ôl eu strwythur, yn "gyfforddus" mewn unrhyw amgylchedd, a pha sylweddau eraill y gall eu cynnwys?

Wrth gwrs, fel cynwysyddion ar gyfer cludo cyfansoddion dethol a diogelu eu cynnwys. (2). Dyma brif gymwysiadau dendrimers. Er bod y rhan fwyaf ohonynt yn dal yn y cam ymchwil, mae rhai ohonynt eisoes yn cael eu cymhwyso'n ymarferol. Mae dendrimers yn ardderchog ar gyfer cludo cyffuriau yn amgylchedd dyfrol y corff. Mae angen addasu rhai cyffuriau yn arbennig i hydoddi yn hylifau'r corff - bydd defnyddio cludwyr yn osgoi'r trawsnewidiadau hyn (gallant effeithio'n andwyol ar effeithiolrwydd y cyffur). Yn ogystal, mae'r sylwedd gweithredol yn cael ei ryddhau'n araf o'r tu mewn i'r capsiwl, sy'n golygu y gellir lleihau a chymryd dosau yn llai aml. Mae ymlyniad amrywiol foleciwlau i wyneb y dendrimer yn arwain at y ffaith eu bod yn cael eu cydnabod gan gelloedd organau unigol yn unig. Mae hyn, yn ei dro, yn caniatáu i'r cyffur gael ei gludo'n uniongyrchol i'w gyrchfan, heb amlygu'r corff cyfan i sgîl-effeithiau diangen, er enghraifft, mewn therapi gwrth-ganser.

2. Model o dendrimer sy'n cynnwys moleciwl arall

(brig)

Mae colur yn cael ei greu ar sail dŵr a braster. Fodd bynnag, yn aml mae'r sylwedd gweithredol yn hydawdd mewn braster, ac mae'r cynnyrch cosmetig ar ffurf hydoddiant dyfrllyd (ac i'r gwrthwyneb: rhaid cymysgu'r sylwedd sy'n hydoddi mewn dŵr â'r sylfaen braster). Nid yw ychwanegu emylsyddion (sy'n caniatáu ffurfio hydoddiant braster dŵr sefydlog) bob amser yn gweithio'n ffafriol. Felly, mae labordai colur yn ceisio defnyddio potensial dendrimers fel cludwyr y gellir eu haddasu'n hawdd i anghenion. Mae'r diwydiant cemegau amddiffyn cnydau yn wynebu problemau tebyg. Eto, yn aml mae angen cymysgu'r plaladdwr an-begynol â dŵr. Mae dendrimers yn hwyluso'r cysylltiad ac, yn ogystal, yn rhyddhau'r pathogen yn raddol o'r tu mewn, yn lleihau faint o sylweddau gwenwynig. Cais arall yw prosesu nanoronynnau arian metelaidd, y gwyddys eu bod yn dinistrio microbau. Mae ymchwil hefyd ar y gweill i ddefnyddio dendrimers i gludo antigenau mewn brechlynnau a darnau DNA mewn astudiaethau genetig. Mae mwy o bosibiliadau, does ond angen i chi ddefnyddio'ch dychymyg.

Bwcedi

Glwcos yw'r cyfansoddyn organig mwyaf helaeth yn y byd byw. Amcangyfrifir ei fod yn cael ei gynhyrchu'n flynyddol yn y swm o 100 biliwn o dunelli! Mae organebau'n defnyddio prif gynnyrch ffotosynthesis mewn gwahanol ffyrdd. Mae glwcos yn ffynhonnell egni mewn celloedd, mae'n gwasanaethu fel deunydd wrth gefn (startsh llysiau a glycogen anifeiliaid) a deunydd adeiladu (cellwlos). Ar droad y bedwaredd ganrif ar bymtheg a'r ugeinfed ganrif, canfuwyd cynhyrchion ymddatodiad rhannol startsh trwy weithred ensymau bacteriol (talfyredig KD). Fel y mae'r enw'n awgrymu, cyfansoddion cylchol neu gylchol yw'r rhain:

Maent yn cynnwys chwe moleciwlau glwcos (amrywiad a-CD), saith (b-CD) neu wyth (g-CD), er bod modrwyau mwy yn hysbys hefyd. (3). Ond pam mae cynhyrchion metabolaidd rhai bacteria mor ddiddorol eu bod yn cael lle yn yr "Ysgol Dechnegol Ifanc"?

3. Modelau o cyclodextrins. O'r chwith i'r dde: a - KD, b - KD, g - KD.

Yn gyntaf oll, mae cyclodextrins yn gyfansoddion sy'n hydoddi mewn dŵr, na ddylai fod yn syndod - maent yn gymharol fach ac yn cynnwys glwcos hydawdd iawn (mae startsh yn ffurfio gronynnau rhy fawr i ffurfio hydoddiant, ond gellir eu hatal). Yn ail, mae nifer o grwpiau OH ac atomau ocsigen glwcos yn gallu rhwymo moleciwlau eraill. Yn drydydd, mae cyclodextrins yn cael eu cael trwy broses fiotechnolegol syml o startsh rhad sydd ar gael (ar hyn o bryd yn y swm o filoedd o dunelli y flwyddyn). Yn bedwerydd, maent yn parhau i fod yn sylweddau hollol ddiwenwyn. Ac, yn olaf, y mwyaf gwreiddiol yw eu ffurf (y dylech chi, y Darllenydd, ei awgrymu wrth ddefnyddio’r cyfansoddion hyn): Bwced diwaelod, h.y. mae cyclodextrins yn addas ar gyfer cario sylweddau eraill (ni fydd moleciwl sydd wedi mynd trwy dwll mwy yn cwympo allan). cynhwysydd ar y gwaelod, ac, ar ben hynny, mae'n rhwym i rymoedd rhyngatomig). Oherwydd eu bod yn ddiniwed i iechyd, gellir eu defnyddio fel cynhwysyn mewn meddyginiaethau a bwydydd.

Fodd bynnag, y defnydd cyntaf o cyclodextrins, a ddarganfuwyd yn fuan ar ôl y disgrifiad, oedd gweithgaredd catalytig. Mae'n troi allan ar hap bod rhai adweithiau gyda'u cyfranogiad yn mynd ymlaen mewn ffordd gwbl wahanol nag yn absenoldeb y cyfansoddion hyn yn yr amgylchedd. Y rheswm yw bod y moleciwl swbstrad ("gwestai") yn mynd i mewn i'r bwced ("gwesteiwr") (4, 5). Felly, mae rhan o'r moleciwl yn anhygyrch i'r adweithyddion, a dim ond yn y mannau hynny sy'n ymwthio allan y gall y trawsnewid ddigwydd. Mae'r mecanwaith gweithredu yn debyg i weithred llawer o ensymau, sydd hefyd yn "mwgwd" rhannau o'r moleciwlau.

4. Model o foleciwl cyclodextrin sy'n cynnwys moleciwl arall.

5. Edrych arall ar yr un cymhleth

Pa foleciwlau y gellir eu storio y tu mewn i cyclodextrins? Bron iawn unrhyw beth a fydd yn ffitio y tu mewn - mae paru maint gwestai a gwesteiwr yn hanfodol (fel gydag etherau corona a'u deilliadau; gweler erthygl y mis diwethaf) (6). Mae'r eiddo hwn o cyclodextrins

6. Cyclodextrin llinyn ar gadwyn arall

moleciwlau, h.y. rotaxane (mwy o fanylion: yn y rhifyn

Ionawr)

yn eu gwneud yn ddefnyddiol ar gyfer dal cyfansoddion yn ddetholus o'r amgylchedd. Felly, mae sylweddau'n cael eu puro a'u gwahanu o'r cymysgedd ar ôl yr adwaith (er enghraifft, wrth gynhyrchu cyffuriau).

Defnydd arall? Byddai'n bosibl dyfynnu dyfyniadau o'r erthygl flaenorol yn y cylch (modelau o ensymau a chludwyr, nid yn unig rhai ïonig - mae cyclodextrins yn cludo sylweddau amrywiol) a dyfyniad yn disgrifio dendrimers (cludo sylweddau gweithredol mewn meddyginiaethau, colur a chynhyrchion amddiffyn planhigion). Mae manteision pecynnu cyclodextrin hefyd yn debyg - mae popeth yn hydoddi mewn dŵr (yn wahanol i'r rhan fwyaf o gyffuriau, colur a phlaladdwyr), mae'r cynhwysyn gweithredol yn cael ei ryddhau'n raddol ac yn para'n hirach (sy'n caniatáu dosau llai), ac mae'r cynhwysydd a ddefnyddir yn fioddiraddadwy (mae micro-organebau'n dadelfennu'n gyflym ). cynnyrch naturiol, mae hefyd yn cael ei fetaboli yn y corff dynol). Mae cynnwys y pecyn hefyd yn cael ei ddiogelu rhag yr amgylchedd (llai mynediad i'r moleciwl storio). Mae gan gynhyrchion amddiffyn planhigion a roddir mewn cyclodextrins ffurf sy'n gyfleus i'w defnyddio. Mae'n bowdr gwyn, yn debyg i flawd tatws, sy'n cael ei hydoddi mewn dŵr cyn ei ddefnyddio. Felly, nid oes angen defnyddio toddyddion organig peryglus a fflamadwy.

Wrth bori trwy'r rhestr o ddefnyddiau ar gyfer cyclodextrin, gallwn ddod o hyd i sawl "blas" ac "arogl" ynddo. Er bod y cyntaf yn drosiad a ddefnyddir yn gyffredin, efallai y bydd yr olaf yn eich synnu. Fodd bynnag, mae bwcedi cemegol yn fodd i gael gwared ar arogleuon drwg ac i storio a rhyddhau aroglau dymunol. Dim ond ychydig o enghreifftiau o ddefnyddio cyfadeiladau cyclodextrin yw ffresnydd aer, amsugwyr arogl, persawr a phapurau persawrus. Ffaith ddiddorol yw bod cyfansoddion cyflasyn sydd wedi'u pecynnu mewn cyclodextrins yn cael eu hychwanegu at bowdrau golchi. Yn ystod smwddio a gwisgo, mae'r persawr yn cael ei ddadelfennu'n raddol a'i ryddhau.

Amser i drio. "Meddyginiaeth chwerw sydd orau," ond mae'n blasu'n ofnadwy. Fodd bynnag, os caiff ei weinyddu ar ffurf cymhleth gyda cyclodextrin, ni fydd unrhyw deimladau annymunol (mae'r sylwedd wedi'i ynysu oddi wrth y blagur blas). Mae chwerwder sudd grawnffrwyth hefyd yn cael ei ddileu gyda chymorth cyclodextrins. Mae darnau o garlleg a sbeisys eraill yn llawer mwy sefydlog ar ffurf cyfadeiladau nag yn y ffurf rydd. Mae blasau wedi'u pecynnu yn yr un modd yn gwella blas coffi a the. Yn ogystal, mae arsylwi eu gweithgaredd anticholesterol yn siarad o blaid cyclodextrins. Mae gronynnau o golesterol "drwg" yn rhwymo y tu mewn i'r bwced cemegol ac yn cael eu hysgarthu o'r corff ar y ffurf hon. Felly mae cyclodextrins, cynhyrchion o darddiad naturiol, hefyd yn iechyd ei hun.