Baraza la Mawaziri la Udadisi wa Kemia - Sehemu ya 2

Katika toleo la awali la sehemu ya kemia, misombo kadhaa kutoka kwa maonyesho ya kituko cha kemikali yaliwasilishwa (kuhukumu kwa jina la mfululizo, hakika hautajifunza juu yao shuleni). Hawa ni "watu" wenye heshima kabisa ambao, licha ya kuonekana kwao isiyo ya kawaida, walipewa Tuzo la Nobel, na mali zao katika maeneo kadhaa haziwezi kupitiwa. Katika makala hii, ni wakati wa kufahamiana na wahusika wafuatayo wa asili kutoka uwanja wa kemia, sio chini ya kuvutia kuliko ethers za taji na derivatives yao.

miti ya kemikali

Podadi, misombo yenye minyororo mirefu iliyounganishwa kwenye sehemu ya kati ya molekuli, imetoa darasa jipya la vitu (zaidi juu ya "pweza za kemikali" katika makala ya mwezi uliopita). Kemia waliamua kuongeza idadi ya "tentacles". Ili kufanya hivyo, kwa kila silaha inayoishia katika kundi la atomi zenye uwezo wa kuguswa, molekuli nyingine iliongezwa, ikiishia katika vikundi vinavyolingana (mbili au zaidi; jambo kuu ni kuongeza idadi ya tovuti ambazo zinaweza kuunganishwa na chembe zingine. ) Molekuli zaidi ziliitikia nayo, kisha zaidi, na kadhalika. Kuongezeka kwa saizi ya mfumo mzima kunaonyeshwa na mchoro:

Wanakemia wameunganisha misombo hiyo mipya na matawi yanayokua ya miti, kwa hiyo jina dendrimeria (kutoka kwa Kigiriki dendron = mti, meros = sehemu). Hapo awali, ilishindana na maneno "arborole" (hii ni Kilatini, ambapo arbor pia ina maana ya mti) au "chembe zinazopungua". Ingawa mwandishi anaonekana zaidi kama hema zilizochanganyikiwa za jellyfish au anemone zisizofanya kazi, wagunduzi, bila shaka, wana haki ya kutaja majina. Uhusiano wa dendrimers na miundo ya fractal pia ni uchunguzi muhimu.

1. Mfano wa moja ya dendrimers ya awali

hatua ya ukuaji wa tawi

Dendrimers haiwezi kukua kwa muda usiojulikana (1). Idadi ya matawi inakua kwa kasi, na baada ya hatua chache hadi kumi za kushikamana kwa molekuli mpya kwenye uso wa molekuli ya spherical, nafasi ya bure inaisha (yote hufikia vipimo vya nanometer; nanometer ni bilioni ya mita). Kwa upande mwingine, uwezekano wa kuendesha mali ya dendrimer ni karibu usio na kikomo. Vipande vilivyopo juu ya uso vinaweza kuwa haidrofili ("ya kupenda maji", i.e. kuwa na mshikamano wa vimumunyisho vya maji na polar) au haidrofobi ("kuepuka maji", lakini kukabiliwa na kugusana na vimiminika visivyo vya polar, kwa mfano, kikaboni zaidi. vimumunyisho). vimumunyisho). Vile vile, mambo ya ndani ya molekuli yanaweza kuwa polar au yasiyo ya polar kwa asili. Chini ya uso wa dendrimer, kati ya matawi ya mtu binafsi, kuna nafasi za bure ambazo vitu vilivyochaguliwa vinaweza kuletwa (katika hatua ya awali au baadaye, vinaweza pia kushikamana na makundi ya uso). Kwa hiyo, kati ya miti ya kemikali, kila mtu atapata kitu kinachofaa kwa mahitaji yao. Na wewe, msomaji, kabla ya kusoma makala hii hadi mwisho, fikiria juu ya nini unaweza kutumia molekuli ambayo, kwa mujibu wa muundo wao, itakuwa "starehe" katika mazingira yoyote, na ni vitu gani vingine vinavyoweza kuwa na?

Kwa kweli, kama vyombo vya kusafirisha misombo iliyochaguliwa na kulinda yaliyomo. (2). Haya ni maombi kuu ya dendrimers. Ingawa wengi wao bado wako katika hatua ya utafiti, baadhi yao tayari wanatumika katika mazoezi. Dendrimers ni bora kwa kusafirisha dawa katika mazingira ya maji ya mwili. Dawa zingine zinahitaji kurekebishwa haswa ili kuyeyuka katika maji ya mwili - utumiaji wa viboreshaji utaepuka mabadiliko haya (yanaweza kuathiri vibaya ufanisi wa dawa). Kwa kuongeza, dutu ya kazi hutolewa polepole kutoka ndani ya capsule, ambayo ina maana kwamba dozi zinaweza kupunguzwa na kuchukuliwa mara kwa mara. Kiambatisho cha molekuli mbalimbali kwenye uso wa dendrimer husababisha ukweli kwamba wanatambuliwa tu na seli za viungo vya mtu binafsi. Hii, kwa upande wake, inaruhusu madawa ya kulevya kusafirishwa moja kwa moja kwenye marudio yake, bila kufunua mwili mzima kwa madhara yasiyo ya lazima, kwa mfano, katika tiba ya kupambana na kansa.

2. Mfano wa dendrimer iliyo na molekuli nyingine

(juu)

Vipodozi vinaundwa kwa misingi ya maji na mafuta. Hata hivyo, mara nyingi dutu ya kazi ni mumunyifu wa mafuta, na bidhaa za vipodozi ni katika mfumo wa suluhisho la maji (na kinyume chake: dutu ya maji ya maji lazima ichanganyike na msingi wa mafuta). Kuongezewa kwa emulsifiers (kuruhusu uundaji wa suluhisho thabiti la mafuta ya maji) haifanyi kazi vizuri kila wakati. Kwa hivyo, maabara za vipodozi zinajaribu kutumia uwezo wa dendrimers kama conveyors ambayo inaweza kubadilishwa kwa urahisi kulingana na mahitaji. Sekta ya kemikali ya kulinda mazao inakabiliwa na matatizo sawa. Tena, mara nyingi ni muhimu kuchanganya dawa isiyo ya polar na maji. Dendrimers kuwezesha uhusiano na, kwa kuongeza, hatua kwa hatua ikitoa pathogen kutoka ndani, kupunguza kiasi cha vitu vya sumu. Programu nyingine ni usindikaji wa nanoparticles za fedha za metali, ambazo zinajulikana kuharibu microbes. Utafiti pia unaendelea kuhusu matumizi ya dendrimers kusafirisha antijeni katika chanjo na vipande vya DNA katika masomo ya maumbile. Kuna uwezekano zaidi, unahitaji tu kutumia mawazo yako.

Ndoo

Glucose ni kiwanja kikaboni kilichojaa zaidi katika ulimwengu ulio hai. Inakadiriwa kwamba hutolewa kila mwaka kwa kiasi cha tani bilioni 100! Viumbe hutumia bidhaa kuu ya photosynthesis kwa njia tofauti. Glucose ni chanzo cha nishati katika seli, hutumika kama nyenzo ya hifadhi (wanga ya mboga na glycogen ya wanyama) na nyenzo za ujenzi (selulosi). Mwanzoni mwa karne ya kumi na tisa na ishirini, bidhaa za kuvunjika kwa sehemu ya wanga na hatua ya enzymes ya bakteria (kifupi KD) zilitambuliwa. Kama jina linavyopendekeza, hizi ni misombo ya mzunguko au ya pete:

Zinajumuisha sita (lahaja a-CD), saba (b-CD) au nane (g-CD) molekuli za glukosi, ingawa pete kubwa pia zinajulikana. (3). Lakini kwa nini bidhaa za kimetaboliki za bakteria fulani zinavutia sana kwamba zinapewa nafasi katika "Shule ya Ufundi ya Vijana"?

3. Mifano ya cyclodextrins. Kutoka kushoto kwenda kulia: a - KD, b - KD, g - KD.

Kwanza kabisa, cyclodextrins ni misombo ya mumunyifu wa maji, ambayo haipaswi kushangaza - ni ndogo na inajumuisha glucose yenye mumunyifu (wanga hutengeneza chembe kubwa sana kuunda suluhisho, lakini inaweza kusimamishwa). Pili, vikundi vingi vya OH na atomi za oksijeni za glukosi zinaweza kuunganisha molekuli zingine. Tatu, cyclodextrins hupatikana kwa mchakato rahisi wa kibayoteknolojia kutoka kwa wanga wa bei nafuu na unaopatikana (kwa sasa ni kiasi cha maelfu ya tani kwa mwaka). Nne, hubakia vitu visivyo na sumu kabisa. Na, hatimaye, asili zaidi ni fomu yao (ambayo wewe, Msomaji, unapaswa kupendekeza wakati wa kutumia misombo hii): Ndoo isiyo na mwisho, i.e. cyclodextrins zinafaa kwa kubeba vitu vingine (molekuli ambayo imepitia shimo kubwa haitaanguka). chombo chini, na, zaidi ya hayo, imefungwa na nguvu za interatomic). Kwa sababu ya kutokuwa na madhara kwa afya, zinaweza kutumika kama kiungo katika dawa na vyakula.

Hata hivyo, matumizi ya kwanza ya cyclodextrins, iliyogunduliwa muda mfupi baada ya maelezo, ilikuwa shughuli ya kichocheo. Ilitokea kwa bahati kwamba baadhi ya athari na ushiriki wao huendelea kwa njia tofauti kabisa kuliko kutokuwepo kwa misombo hii katika mazingira. Sababu ni kwamba molekuli ya substrate ("mgeni") huingia ndani ya ndoo ("mwenyeji"). (4, 5). Kwa hiyo, sehemu ya molekuli haipatikani kwa reagents, na mabadiliko yanaweza kutokea tu katika maeneo hayo ambayo yanajitokeza. Utaratibu wa hatua ni sawa na hatua ya enzymes nyingi, ambazo pia "hufunika" sehemu za molekuli.

4. Mfano wa molekuli ya cyclodextrin iliyo na molekuli nyingine.

5. Mwingine kuangalia tata sawa

Ni molekuli gani zinaweza kuhifadhiwa ndani ya cyclodextrins? Kitu chochote kitakachotoshea ndani - kulinganisha saizi ya wageni na mwenyeji ni muhimu (kama vile etha za corona na vito vyake; ona makala ya mwezi uliopita) (6). Mali hii ya cyclodextrins

6. Cyclodextrin iliyopigwa kwenye mnyororo mwingine

molekuli, yaani rotaxane (maelezo zaidi: katika toleo

Januari)

inazifanya kuwa muhimu kwa kunasa kwa kuchagua misombo kutoka kwa mazingira. Kwa hivyo, vitu vinatakaswa na kutengwa na mchanganyiko baada ya majibu (kwa mfano, katika utengenezaji wa madawa ya kulevya).

Matumizi mengine? Itawezekana kutaja manukuu kutoka kwa kifungu kilichopita kwenye mzunguko (mifano ya vimeng'enya na wasafirishaji, sio zile tu za ionic - cyclodextrins husafirisha vitu anuwai) na dondoo inayoelezea dendrimers (kusafirisha vitu vyenye kazi katika dawa, vipodozi na bidhaa za ulinzi wa mmea). Faida za ufungaji wa cyclodextrin pia ni sawa - kila kitu huyeyuka katika maji (tofauti na dawa nyingi, vipodozi na dawa), kingo inayotumika hutolewa polepole na hudumu kwa muda mrefu (ambayo inaruhusu dozi ndogo), na chombo kilichotumiwa kinaweza kuharibika (vijidudu hutengana haraka. ) bidhaa asilia, pia ni metabolized katika mwili wa binadamu). Yaliyomo kwenye kifurushi pia yanalindwa kutoka kwa mazingira (kupunguzwa kwa ufikiaji wa molekuli iliyohifadhiwa). Bidhaa za ulinzi wa mimea zilizowekwa kwenye cyclodextrins zina fomu ambayo ni rahisi kutumia. Ni poda nyeupe, sawa na unga wa viazi, ambayo hupasuka katika maji kabla ya matumizi. Kwa hiyo, hakuna haja ya kutumia vimumunyisho vya kikaboni vya hatari na vinavyowaka.

Wakati wa kuvinjari orodha ya matumizi ya cyclodextrin, tunaweza kupata "ladha" na "harufu" zingine kadhaa ndani yake. Ingawa ya kwanza ni sitiari inayotumiwa sana, ya pili inaweza kukushangaza. Hata hivyo, ndoo za kemikali hutumikia kuondoa harufu mbaya na kuhifadhi na kutoa harufu zinazohitajika. Vipu vya hewa, vifuniko vya harufu, manukato na karatasi za harufu ni mifano michache tu ya matumizi ya complexes ya cyclodextrin. Ukweli wa kuvutia ni kwamba misombo ya ladha iliyowekwa kwenye cyclodextrins huongezwa kwa poda za kuosha. Wakati wa kupiga pasi na kuvaa, harufu huvunjwa hatua kwa hatua na kutolewa.

Wakati wa kujaribu. "Dawa chungu huponya vyema," lakini ina ladha mbaya. Hata hivyo, ikiwa inasimamiwa kwa namna ya tata na cyclodextrin, hakutakuwa na hisia zisizofurahi (dutu hii imetengwa na buds ladha). Uchungu wa juisi ya mazabibu pia huondolewa kwa msaada wa cyclodextrins. Extracts ya vitunguu na viungo vingine ni imara zaidi kwa namna ya complexes kuliko katika fomu ya bure. Vile vile ladha za vifurushi huongeza ladha ya kahawa na chai. Kwa kuongeza, uchunguzi wa shughuli zao za anticholesterol huzungumza kwa neema ya cyclodextrins. Chembe za cholesterol "mbaya" hufunga ndani ya ndoo ya kemikali na hutolewa kutoka kwa mwili kwa fomu hii. Kwa hiyo cyclodextrins, bidhaa za asili ya asili, pia ni afya yenyewe.