مجلس فضول الكيمياء - الجزء الثالث
محتوى
في العدد السابق من قسم الكيمياء ، تم تقديم العديد من المركبات من عرض النزوات الكيميائية (بناءً على اسم السلسلة ، لن تتعرف عليها بالتأكيد في المدرسة). هؤلاء "أشخاص" محترمون تمامًا حصلوا ، على الرغم من مظهرهم غير العادي ، على جائزة نوبل ، وبالكاد يمكن المبالغة في تقدير ممتلكاتهم في عدد من المجالات. في هذا المقال ، حان الوقت للتعرف على الشخصيات الأصلية التالية من عالم الكيمياء ، والتي لا تقل إثارة للاهتمام عن إيثرات التاج ومشتقاتها.
أشجار كيميائية
البوداند ، المركبات ذات السلاسل الطويلة المرتبطة بالجزء المركزي من الجزيء ، أدت إلى ظهور فئة جديدة من المواد (المزيد عن "الأخطبوطات الكيميائية" في مقال الشهر الماضي). قرر الكيميائيون زيادة عدد "المجسات". للقيام بذلك ، إلى كل ذراع ينتهي بمجموعة من الذرات القادرة على التفاعل ، تمت إضافة جزيء آخر ، منتهيًا بالمجموعات المقابلة (مجموعتان أو أكثر ؛ الهدف هو زيادة عدد المواقع التي يمكن دمجها مع الجسيمات الأخرى ). تفاعل معها المزيد من الجزيئات ، ثم المزيد ، وهكذا. يوضح الرسم البياني الزيادة في حجم النظام بأكمله:
ربط الكيميائيون المركبات الجديدة بفروع الأشجار المتنامية ، ومن هنا جاء اسم dendrimeria (من الكلمة اليونانية dendron = الشجرة ، meros = جزء). في البداية ، تنافست مع مصطلحات "arborole" (هذه الكلمة اللاتينية ، حيث تعني الشجرة أيضًا الشجرة) أو "الجسيمات المتتالية". على الرغم من أن المؤلف يبدو أشبه بمخالب متشابكة لقنديل البحر أو شقائق النعمان غير النشطة ، إلا أن المكتشفين ، بالطبع ، لهم الحق في تسمية الأسماء. إن ارتباط المتغصنات بالتركيبات الكسورية هو أيضًا ملاحظة مهمة.
1. نموذج لأحد المتغصين الأصليين
مرحلة نمو الفرع
لا يمكن أن تنمو المتغصنات إلى ما لا نهاية (1). ينمو عدد الفروع أضعافًا مضاعفة ، وبعد بضع إلى عشر مراحل من ارتباط جزيئات جديدة على سطح كتلة كروية ، ينتهي الفضاء الحر (يصل الكل إلى أبعاد نانومتر ؛ النانومتر هو جزء من المليار من المتر). من ناحية أخرى ، فإن احتمالات التلاعب بخصائص المتغصن تكاد تكون غير محدودة. يمكن أن تكون الأجزاء الموجودة على السطح محبة للماء ("محبة للماء" ، أي لها انجذاب للماء والمذيبات القطبية) أو كارهة للماء ("تجنب الماء" ، ولكنها عرضة للتلامس مع السوائل غير القطبية ، على سبيل المثال ، معظمها عضوي المذيبات). المذيبات). وبالمثل ، يمكن أن يكون الجزء الداخلي من الجزيء إما قطبيًا أو غير قطبي بطبيعته. تحت سطح الشجرة ، بين الفروع الفردية ، توجد مساحات حرة يمكن إدخال المواد المختارة فيها (في مرحلة التوليف أو لاحقًا ، يمكن أيضًا ربطها بمجموعات السطح). لذلك ، من بين الأشجار الكيميائية ، سيجد الجميع شيئًا مناسبًا لاحتياجاتهم. وأنت ، القارئ ، قبل أن تقرأ هذه المقالة حتى النهاية ، فكر فيما يمكنك استخدام الجزيئات التي ستكون "مريحة" وفقًا لتركيبها في أي بيئة ، وما هي المواد الأخرى التي يمكن أن تحتويها؟
طبعا كحاويات لنقل المركبات المختارة وحماية محتوياتها. (2). هذه هي التطبيقات الرئيسية للتغصان. على الرغم من أن معظمها لا يزال في مرحلة البحث ، إلا أن بعضها يتم تطبيقه بالفعل في الممارسة العملية. تعتبر Dendrimers ممتازة لنقل الأدوية في البيئة المائية للجسم. تحتاج بعض الأدوية إلى تعديل خاص لتذوب في سوائل الجسم - استخدام الناقلات سيتجنب هذه التحولات (يمكن أن تؤثر سلبًا على فعالية الدواء). بالإضافة إلى ذلك ، يتم إطلاق المادة الفعالة ببطء من داخل الكبسولة ، مما يعني أنه يمكن تقليل الجرعات وتناولها بشكل أقل. يؤدي ارتباط الجزيئات المختلفة بسطح المتغصن إلى حقيقة أنه يتم التعرف عليها فقط من قبل خلايا الأعضاء الفردية. وهذا بدوره يسمح بنقل الدواء مباشرة إلى وجهته ، دون تعريض الجسم كله لآثار جانبية غير ضرورية ، على سبيل المثال ، في العلاج المضاد للسرطان.
2. نموذج متغصن يحتوي على جزيء آخر
(أعلى)
يتم إنشاء مستحضرات التجميل على أساس كل من الماء والدهون. ومع ذلك ، غالبًا ما تكون المادة الفعالة قابلة للذوبان في الدهون ، ويكون منتج مستحضرات التجميل في شكل محلول مائي (والعكس صحيح: يجب خلط المادة القابلة للذوبان في الماء مع قاعدة الدهون). إن إضافة المستحلبات (التي تسمح بتكوين محلول دهون مائي ثابت) لا تعمل دائمًا بشكل إيجابي. لذلك ، تحاول مختبرات مستحضرات التجميل استخدام إمكانات المتشعبات كناقلات يمكن تكييفها بسهولة مع الاحتياجات. تواجه صناعة المواد الكيميائية لحماية المحاصيل مشاكل مماثلة. مرة أخرى ، غالبًا ما يكون من الضروري خلط المبيدات غير القطبية بالماء. تسهل المتشعبات الاتصال ، بالإضافة إلى إطلاق العامل الممرض تدريجيًا من الداخل ، وتقليل كمية المواد السامة. تطبيق آخر هو معالجة الجسيمات النانوية الفضية المعدنية ، والتي من المعروف أنها تدمر الميكروبات. تجري الأبحاث أيضًا حول استخدام المتغصنات لنقل المستضدات في اللقاحات وشظايا الحمض النووي في الدراسات الجينية. هناك المزيد من الاحتمالات ، ما عليك سوى استخدام خيالك.
دلاء
الجلوكوز هو المركب العضوي الأكثر وفرة في العالم الحي. ويقدر حجم انتاجها سنويا بنحو 100 مليار طن! تستخدم الكائنات الحية المنتج الرئيسي لعملية التمثيل الضوئي بطرق مختلفة. الجلوكوز هو مصدر للطاقة في الخلايا ، ويعمل كمواد احتياطية (النشا النباتي والجليكوجين الحيواني) ومواد البناء (السليلوز). في مطلع القرنين التاسع عشر والعشرين ، تم تحديد نواتج الانهيار الجزئي للنشا بفعل الإنزيمات البكتيرية (مختصر KD). كما يوحي الاسم ، فهذه مركبات دورية أو حلقية:
وهي تتكون من ستة (متغير a-CD) ، وسبعة (b-CD) أو ثمانية (g-CD) جزيئات جلوكوز ، على الرغم من أن الحلقات الأكبر معروفة أيضًا. (3). ولكن لماذا تعتبر المنتجات الأيضية لبعض البكتيريا مثيرة للاهتمام لدرجة أنها حصلت على مكان في "المدرسة الفنية للشباب"؟
3. نماذج الدكسترين الحلقي. من اليسار إلى اليمين: أ - دينار كويتي ، ب - دينار كويتي ، ز - دينار كويتي.
بادئ ذي بدء ، الدكسترين الحلقي عبارة عن مركبات قابلة للذوبان في الماء ، والتي لا ينبغي أن تكون مفاجأة - فهي صغيرة نسبيًا وتتكون من جلوكوز شديد الذوبان (النشا يشكل جزيئات كبيرة جدًا لتشكيل محلول ، ولكن يمكن تعليقها). ثانيًا ، العديد من مجموعات OH وذرات الأكسجين الجلوكوز قادرة على ربط الجزيئات الأخرى. ثالثًا ، يتم الحصول على cyclodextrins من خلال عملية تكنولوجية حيوية بسيطة من النشا الرخيص والمتوفر (حاليًا بكمية آلاف الأطنان سنويًا). رابعًا ، تظل مواد غير سامة تمامًا. وأخيرًا ، الأكثر أصالة هو شكلها (والذي يجب أن تقترحه أنت ، القارئ عند استخدام هذه المركبات): دلو بلا قاع ، أي الدكسترين الحلقي مناسب لحمل مواد أخرى (الجزيء الذي يمر عبر ثقب أكبر لن يسقط). الحاوية في الأسفل ، بالإضافة إلى أنها مرتبطة بالقوى بين الذرية). يمكن استخدامها كعنصر في الأدوية والأطعمة بسبب عدم إلحاقها بالصحة.
ومع ذلك ، فإن أول استخدام للديكسترين الحلقي ، الذي اكتشف بعد وقت قصير من الوصف ، كان نشاطًا تحفيزيًا. اتضح بالصدفة أن بعض ردود الفعل مع مشاركتهم تسير بطريقة مختلفة تمامًا عن حالة عدم وجود هذه المركبات في البيئة. والسبب هو أن جزيء الركيزة ("الضيف") يدخل داخل الحاوية ("المضيف") (4، 5). لذلك ، لا يمكن الوصول إلى جزء من الجزيء بواسطة الكواشف ، ويمكن أن يحدث التحول فقط في تلك الأماكن التي تبرز. آلية العمل مماثلة لعمل العديد من الإنزيمات ، التي "تحجب" أيضًا أجزاء من الجزيئات.
4. نموذج لجزيء دكسترين حلقي يحتوي على جزيء آخر.
5. نظرة أخرى على نفس المجمع
ما الجزيئات التي يمكن تخزينها داخل cyclodextrins؟ إلى حد كبير أي شيء يناسب الداخل - مطابقة حجم الضيف والمضيف أمر بالغ الأهمية (كما هو الحال مع إيثرات كورونا ومشتقاتها ؛ انظر مقالة الشهر الماضي) (6). هذه الخاصية من cyclodextrins
6. cyclodextrin مدمن على سلسلة أخرى
الجزيئات ، أي روتاكسان (مزيد من التفاصيل: في القضية
يناير)
يجعلها مفيدة في التقاط المركبات بشكل انتقائي من البيئة. وهكذا ، يتم تنقية المواد وفصلها عن الخليط بعد التفاعل (على سبيل المثال ، في صناعة الأدوية).
استخدامات أخرى؟ سيكون من الممكن الاستشهاد بمقتطفات من المقالة السابقة في الدورة (نماذج من الإنزيمات والناقلات ، وليس فقط تلك الأيونية - تنقل الدكسترينات الحلقي مواد مختلفة) ومقتطفات تصف المتغصنات (نقل المواد الفعالة في الأدوية ومستحضرات التجميل ومنتجات وقاية النبات). تتشابه أيضًا فوائد عبوات الدكسترين الحلقي - كل شيء يذوب في الماء (على عكس معظم الأدوية ومستحضرات التجميل ومبيدات الآفات) ، ويتم إطلاق العنصر النشط تدريجيًا ويدوم لفترة أطول (مما يسمح بجرعات أصغر) ، والحاوية المستخدمة قابلة للتحلل (تتحلل الكائنات الحية الدقيقة بسرعة ). منتج طبيعي ، يتم استقلابه أيضًا في جسم الإنسان). محتويات العبوة محمية أيضًا من البيئة (انخفاض الوصول إلى الجزيء المخزن). منتجات حماية النبات الموضوعة في cyclodextrins لها شكل مناسب للاستخدام. وهو مسحوق أبيض يشبه دقيق البطاطس يذوب في الماء قبل الاستخدام. لذلك ، ليست هناك حاجة لاستخدام مذيبات عضوية خطرة وقابلة للاشتعال.
عند تصفح قائمة استخدامات سيكلودكسترين ، يمكننا أن نجد عدة "نكهات" و "روائح" أخرى فيها. في حين أن الأول هو استعارة شائعة الاستخدام ، فإن الأخير قد يفاجئك. ومع ذلك ، تعمل الدلاء الكيميائية على إزالة الروائح الكريهة وتخزين وإطلاق الروائح المرغوبة. معطرات الجو ، وامتصاص الروائح ، والعطور ، والأوراق المعطرة ليست سوى أمثلة قليلة على استخدام مركبات السيكلودكسترين. حقيقة مثيرة للاهتمام هي أن مركبات النكهة المعبأة في cyclodextrins تضاف إلى مساحيق الغسيل. أثناء الكي والارتداء ، يتم تفكيك العطر وإطلاقه تدريجياً.
حان وقت المحاولة. "الدواء المر هو العلاج الأفضل" ، لكن طعمه سيء. ومع ذلك ، إذا تم إعطاؤه على شكل مركب يحتوي على سيكلودكسترين ، فلن يكون هناك إحساس غير سارة (يتم عزل المادة عن براعم التذوق). تتم أيضًا إزالة مرارة عصير الجريب فروت بمساعدة السيكلودكسترين. تعتبر مقتطفات الثوم والتوابل الأخرى أكثر ثباتًا في شكل مجمعات منها في الشكل الحر. النكهات المعبأة بالمثل تعزز طعم القهوة والشاي. بالإضافة إلى ذلك ، فإن ملاحظة نشاط مضادات الكوليسترول لديهم تتحدث لصالح السيكلودكسترين. ترتبط جزيئات الكوليسترول "الضار" داخل الدلو الكيميائي وتفرز من الجسم بهذا الشكل. لذا فإن cyclodextrins ، المنتجات ذات الأصل الطبيعي ، هي أيضًا الصحة نفسها.
