Kabinett vu chemesche Kuriositéiten - Deel 2

An der viregter Episod vun der Chimie Sektioun hu verschidde Verbindungen aus enger chemescher Freak Show gewisen (vum Titel vun der Serie beurteelen, Dir wäert definitiv net iwwer se an der Schoul léieren). Dëst sinn zimlech respektabel "Persounen", déi trotz hirem ongewéinlechen Erscheinungsbild mam Nobelpräis ausgezeechent goufen, an hir Eegeschaften a ville Beräicher kaum ze iwwerschätzen. An dësem Artikel ass et Zäit, mat den nächsten originelle Personnagen aus dem Räich vun der Chimie kennenzeléieren, net manner interessant wéi Krounetheren an hir Derivate.

Chemesch Beem

Podands, Verbindunge mat laange Ketten, déi un den zentrale Deel vum Molekül befestegt sinn, hunn eng nei Klass vu Substanzen entstanen (méi iwwer "chemesch Kraken" am leschte Mount Artikel). Chemiker hunn decidéiert d'Zuel vun "Tentakelen" ze erhéijen. Fir dëst ze maachen, op jiddereng vun den Waffen, déi an enger Grupp vun Atomer enden, déi fäeg sinn ze reagéieren, gouf eng aner Molekül bäigefüügt, déi an de entspriechende Gruppen ophalen (zwee oder méi; de Punkt ass d'Zuel vun de Sektiounen ze erhéijen déi mat anere Partikele verbannen kënnen) . Méi Moleküle hunn domat reagéiert, duerno méi, a sou weider. D'Erhéijung vun der Gréisst vum ganze System gëtt vum Diagramm illustréiert:

Chemiker hunn déi nei Verbindunge mat wuessende Bamzweige verbonnen, dohier den Numm Dendrimerium (vum griichesche Dendron = Bam, Meros = Deel). Et huet ursprénglech mat de Begrëffer "Arborola" konkurréiert (dëst ass Latäin, wou Arbor och Holz heescht) oder "Kaskadepartikel". Och wann den Auteur méi ausgesäit wéi déi verwéckelt Tentakelen vu Jellyfish oder sedentäre Anemonen, hunn d'Entdecker natierlech d'Recht op Nimm. D'Associatioun vun Dendrimere mat fraktale Strukturen ass och eng wichteg Observatioun.

1. Modell vun engem vun den Dendrimer vum Original

Branche Wuesstem Etapp

Dendrimer kënnen net onbestëmmt wuessen (1). D'Zuel vun de Branchen wiisst exponentiell, an no e puer bis zéng Etappe vun der Befestegung vun neie Molekülen op der Uewerfläch vun der Kugelmass geet de fräie Raum op (dat Ganzt erreecht Nanometer Dimensiounen; en Nanometer ass eng Milliardstel vun engem Meter). Op der anerer Säit sinn d'Méiglechkeete fir d'Eegeschafte vun engem Dendrimer ze manipuléieren bal onbegrenzt. D'Moieties, déi op der Uewerfläch präsent sinn, kënnen hydrophil sinn ("Waasserliewend", dh eng Affinitéit fir Waasser a polare Léisungsmëttel hunn) oder hydrophobesch ("Waasservermeidend", awer tendéieren a Kontakt mat net-polare Flëssegkeeten, wéi z. meescht organesch Léisungsmëttel). Léisungsmëttel). Ähnlech kann den Interieur vun engem Molekül polar oder net-polar an der Natur sinn. Ënnert der Uewerfläch vum Dendrimer, tëscht den eenzelne Branchen, sinn et fräi Plazen, an deenen ausgewielte Substanzen agefouert kënne ginn (an der Synthesestadium oder spéider kënnen se och op Uewerflächegruppen befestegt ginn). Dofir, ënnert de chemesche Beem, fënnt jiddereen eppes passend fir seng Bedierfnesser. An Dir, Lieser, ier Dir dësen Artikel bis zum Schluss liest, denkt un wat Dir Moleküle benotze kënnt fir déi, baséiert op hirer Struktur, an all Ëmfeld "gemittlech" sinn, a wéi eng aner Substanzen enthalen kënnen?

Natierlech, als Container fir ausgewielte Verbindungen ze transportéieren an hiren Inhalt ze schützen. (2). Dëst sinn d'Haaptapplikatioune vun Dendrimeren. Obwuel si meeschtens nach am Fuerschungsstadium sinn, sinn e puer vun hinnen schonn an der Praxis benotzt. Dendrimere sinn exzellent fir Drogen an der wässerlecher Ëmwelt vum Kierper ze transportéieren. E puer Medikamenter musse speziell modifizéiert ginn fir sech a Kierperflëssegkeeten opzeléisen - d'Benotzung vu Fërderer vermeit dës Transformatiounen (si kënnen d'Effektivitéit vum Medikament negativ beaflossen). Zousätzlech gëtt déi aktiv Substanz lues aus der Kapsel fräigelooss, wat heescht datt d'Dosen reduzéiert kënne ginn a manner dacks geholl ginn. D'Befestegung vu verschiddene Molekülle op d'Uewerfläch vum Dendrimer féiert zu der Tatsaach, datt se nëmmen duerch d'Zellen vu bestëmmten Organer erkannt ginn. Dëst, am Tour, erlaabt d'Drogen direkt op seng Destinatioun ze transportéieren ouni de ganze Kierper un onnéideg Nebenwirkungen auszesetzen, zum Beispill an der Anti-Kriibstherapie.

2. Modell vun engem Dendrimer mat engem anere Molekül

(uewen)

Kosmetik ginn op Basis vu Waasser a Fette erstallt. Allerdéngs ass déi aktiv Substanz dacks fettlöslech, an de kosmetesche Produkt ass a Form vun enger wässerlecher Léisung (a vice-versa: d'Waasserlöslech Substanz muss mat enger Fettbasis gemëscht ginn). D'Emulgatoren derbäisetzen (déi d'Bildung vun enger stabiler Waasser-Fett-Léisung erlaben) funktionnéiert net ëmmer gutt. Dofir probéieren Laboratoiren vu Kosmetikfirmen d'Potenzial vun Dendrimeren als Fërderer auszenotzen, déi einfach un d'Bedierfnesser adaptéiert kënne ginn. D'Ernteschutzchemesch Industrie huet ähnlech Probleemer. Erëm, et ass oft néideg en net-polare Pestizid mat Waasser ze vermëschen. Dendrimeren erliichteren d'Verbindung an zousätzlech, lues a lues de Pathogen vu bannen befreien, reduzéieren d'Quantitéit vun gëftege Substanzen. Eng aner Applikatioun ass d'Behandlung vu metallesche Sëlwer Nanopartikelen, déi bekannt sinn Mikroben ze zerstéieren. Fuerschung ass och amgaang iwwer d'Benotzung vun Dendrimeren fir Antigenen an Impfungen an DNA Fragmenter an der genetescher Fuerschung ze transportéieren. Et gi méi Méiglechkeeten, Dir musst just Är Fantasie benotzen.

Eemer

Glukose ass déi meescht reichend organesch Verbindung an der Liewewelt. Et gëtt geschat datt 100 Milliarden Tonnen jäerlech produzéiert ginn! Organismen benotzen d'Haaptprodukt vun der Fotosynthese op verschidde Weeër. Glukose ass eng Energiequell an Zellen, déngt als Reservematerial (Pflanzenstärke an Déiereglycogen) an als Baumaterial (Cellulose). Um Tour vun der nonzéngten an zwanzegsten Joerhonnerte, Produite vun partiell Decompte vun Stärke ënner der Aktioun vun bakteriell Enzymen (ofgekierzt als CD) goufen identifizéiert. Wéi den Numm et scho seet, sinn dëst zyklesch oder Ringverbindungen:

Si besteet aus sechs (a-CD Variant), siwen (b-CD) oder aacht (g-CD) Glukosemoleküle, obwuel méi grouss Réng och bekannt sinn. (3). Mee firwat sinn déi Stoffwechselprodukter vu verschiddene Bakterien esou interessant, datt se eng Plaz an der "Jong Technical School" hunn?

3. Modeller vun cyclodextrins. Vu lénks no riets: a – KD, b – KD, g – KD.

Als éischt si Cyclodextrine Waasserlöslech Verbindungen, déi net iwwerraschend sinn - si si relativ kleng a besteet aus héichlöslecher Glukos (Stäre bilden ze grouss Partikelen fir eng Léisung ze bilden, awer kënne suspendéiert ginn). Zweetens, vill OH Gruppen a Sauerstoffatome vu Glukos si fäeg aner Moleküle ze binden. Drëttens, Cyclodextrine ginn duerch en einfachen biotechnologesche Prozess aus bëlleg a liicht verfügbare Stärke produzéiert (aktuell an Dausende vun Tonnen pro Joer). Véiertens bleiwen se komplett net gëfteg Substanzen. A schliisslech ass déi originellst Saach hir Form (déi Dir, de Lieser, sollt proposéiere wann Dir dës Verbindungen benotzt): Bottomless Eemer, d.h. Cyclodextrine si gëeegent fir aner Substanzen ze transportéieren (eng Molekül, déi duerch e méi grousst Lach geet, fällt net eraus). Container um Buedem, an zousätzlech ass et duerch interatomesch Kräfte verbonnen). Wéinst hirer Harmlosegkeet fir d'Gesondheet kënne se als Zutat a Medikamenter a Liewensmëttelprodukter benotzt ginn.

Wéi och ëmmer, déi éischt Notzung vu Cyclodextrinen, séier no hirer Beschreiwung entdeckt, war katalytesch Aktivitéit. Et huet sech zoufälleg erausgestallt, datt e puer Reaktiounen, déi hinnen involvéiert sinn, ganz anescht virugoen wéi an der Verontreiung vun dëse Verbindungen an der Ëmwelt. De Grond ass datt de Substratmolekül ("Gaascht") an den Eemer kënnt ("Host") (4, 5). Dofir ass en Deel vun der Molekül fir Reagenz net zougänglech, an d'Transformatioun kann nëmmen op deene Plazen geschéien, déi no baussen erausstinn. De Mechanismus vun der Handlung ass ähnlech wéi d'Aktioun vu ville Enzymen, déi och Deeler vu Molekülen "maskéieren".

4. Modell vun engem Cyclodextrin Molekül mat engem anere Molekül.

5. Anere Bléck op déi selwecht Komplex

Wéi eng Moleküle kënne bannent Cyclodextrine gespäichert ginn? Bal all déi dobannen passt - den entscheedende Punkt ass déi géigesäiteg Korrespondenz vun de Gréisste vum Gaascht an dem Host (wéi am Fall vu Corona-Ether an hir Derivate; kuckt den Artikel vum leschte Mount) (6). Dëst ass eng Eegeschafte vu Cyclodextrinen

6. Cyclodextrin op eng aner Kette gestouss

Moleküle, dat heescht Rotaxan (méi Detailer: an der Ausgab

Januar)

mécht se nëtzlech fir selektiv Verbindungen aus der Ëmwelt z'erreechen. Op dës Manéier ginn d'Substanzen gereinegt an aus der Mëschung getrennt no enger Reaktioun (zum Beispill bei der Produktioun vun Drogen).

Aner Gebrauch? Et kéint een Auszich aus dem viregten Artikel an der Serie (Modeller vun Enzymen an Transporter, net nëmmen ionesch - Cyclodextrine transportéieren verschidde Substanzen) an en Auszuch, deen Dendrimer beschreift (transport vun aktiven Substanzen an Medikamenter, Kosmetik a Planzeschutzprodukter) zitéieren. D'Virdeeler vun der Cyclodextrin Verpackung sinn och ähnlech - alles léist sech am Waasser op (am Géigesaz zu de meeschten Drogen, Kosmetik a Pestiziden), déi aktiv Substanz gëtt graduell fräigelooss an dauert méi laang (méi kleng Dosen erlaabt ze benotzen), an de benotzte Behälter ass biodegradéierbar (Mikroorganismen zerbriechen séier). en natierlecht Produkt, et gëtt och am mënschleche Kierper metaboliséiert). Den Inhalt vum Package ass och geschützt géint Ëmweltinflëss (reduzéiert Zougang zum gespäichert Molekül). Planzeschutzprodukter, déi an Cyclodextrine plazéiert sinn, hunn eng Form déi bequem ass fir ze benotzen. Et ass e wäisse Pudder ähnlech wéi d'Kartoffelmiel, dat virum Gebrauch a Waasser opgeléist gëtt. Dofir ass et net néideg fir geféierlech a brennbar organesch Léisungsmëttelen ze benotzen.

Wann Dir d'Lëscht vun de Gebrauch vu Cyclodextrin kuckt, kënne mir e puer aner "Aromen" a "Geroch" opgelëscht fannen. Wärend déi éischt eng dacks benotzt Metapher ass, kann déi zweet Iech iwwerraschen. Wéi och ëmmer, chemesch Eemer déngen den Zweck fir onsympathesch Gerécher ze entfernen wéi och gewënscht Aromen ze späicheren an ze befreien. Loftfrëscher, Gerochabsorber, Parfumen a parfüméierter Pabeier sinn nëmmen e puer Beispiller vun de Gebrauch vun Cyclodextrin Komplexen. Eng interessant Tatsaach ass datt Parfumverbindungen, déi a Cyclodextrine verpackt sinn, an d'Wäschpulver bäigefüügt ginn. Wärend dem Bügel an dem Droen brécht den Aroma lues a lues of a gëtt fräigelooss.

Zäit ze probéieren. "Bitter Medizin ass déi bescht Medizin", awer et schmaacht schrecklech. Wéi och ëmmer, wann et a Form vun engem Komplex mat Cyclodextrin verwalt gëtt, gëtt et keng onsympathesch Sensatiounen (d'Substanz ass aus Geschmaachsknospe isoléiert). D'Batterkeet vum Grapefruitjus gëtt och mat der Hëllef vu Cyclodextrinen ewechgeholl. Extrakter vu Knuewel an aner Gewierzer si vill méi stabil a Form vu Komplexe wéi a fräier Form. Ähnlech verpackte Goûten verbesseren de Goût vu Kaffi an Téi. Zousätzlech schwätzt d'Observatioun vun hirer Anticholesterinaktivitéit zugonschte vu Cyclodextrinen. Partikele vum "schlechten" Cholesterin sinn an engem chemeschen Eemer gebonnen a ginn an dëser Form aus dem Kierper ausgeschloss. Also Cyclodextrinen, Produkter vun natierlechen Hierkonft, sinn och d'Gesondheet selwer.