Gabinetto delle curiosità chimiche - Parte 2

Nel numero precedente della sezione di chimica, sono stati presentati diversi composti dello spettacolo da baraccone della chimica (a giudicare dal nome della serie, sicuramente non li imparerai a scuola). Si tratta di "persone" abbastanza rispettabili che, nonostante il loro aspetto insolito, hanno ricevuto il premio Nobel e le loro proprietà in un certo numero di aree difficilmente possono essere sopravvalutate. In questo articolo, è tempo di conoscere i prossimi personaggi originali del regno della chimica, non meno interessanti degli eteri della corona e dei loro derivati.

alberi chimici

I podand, composti con lunghe catene attaccate alla parte centrale della molecola, hanno dato origine a una nuova classe di sostanze (maggiori informazioni sui "polpi chimici" nell'articolo del mese scorso). I chimici hanno deciso di aumentare il numero dei "tentacoli". Per fare ciò, a ciascuno dei bracci terminanti in un gruppo di atomi capaci di reagire, è stata aggiunta un'altra molecola, che termina nei gruppi corrispondenti (due o più; il punto è aumentare il numero di siti che potrebbero essere combinati con altre particelle ). Più molecole hanno reagito con esso, poi altre e così via. L'aumento delle dimensioni dell'intero sistema è illustrato dal diagramma:

I chimici hanno collegato i nuovi composti alla crescita dei rami degli alberi, da cui il nome dendrimeria (dal greco dendron = albero, meros = parte). Inizialmente gareggiava con i termini "arborole" (questo è latino, dove arbor significa anche albero) o "particelle a cascata". Sebbene l'autore assomigli più ai tentacoli aggrovigliati di meduse o anemoni inattivi, gli scopritori, ovviamente, hanno diritto ai nomi. Anche l'associazione dei dendrimeri con le strutture frattali è un'osservazione importante.

1. Modello di uno dei dendrimeri originali

fase di crescita del ramo

I dendrimeri non possono crescere indefinitamente (1). Il numero di ramificazioni cresce in modo esponenziale, e dopo poche o dieci fasi di attaccamento di nuove molecole sulla superficie di una massa sferica, lo spazio libero finisce (l'insieme raggiunge dimensioni nanometriche; un nanometro è un miliardesimo di metro). D'altra parte, le possibilità di manipolare le proprietà del dendrimero sono quasi illimitate. I frammenti presenti sulla superficie possono essere idrofili ("amanti dell'acqua", cioè aventi un'affinità per l'acqua e i solventi polari) o idrofobici ("evitano l'acqua", ma inclini a entrare in contatto con liquidi non polari, ad esempio la maggior parte dei materiali organici solventi). solventi). Allo stesso modo, l'interno di una molecola può essere di natura polare o non polare. Sotto la superficie del dendrimero, tra i singoli rami, ci sono spazi liberi in cui possono essere introdotte sostanze selezionate (nella fase di sintesi o successivamente, possono anche essere attaccate a gruppi superficiali). Pertanto, tra gli alberi chimici, ognuno troverà qualcosa di adatto alle proprie esigenze. E tu, lettore, prima di leggere questo articolo fino alla fine, pensa a cosa puoi usare molecole per le quali, secondo la loro struttura, saranno "a proprio agio" in qualsiasi ambiente, e quali altre sostanze possono contenere?

Naturalmente come contenitori per il trasporto di composti selezionati e la protezione del loro contenuto. (2). Queste sono le principali applicazioni dei dendrimeri. Sebbene la maggior parte di essi sia ancora in fase di ricerca, alcuni di essi sono già applicati nella pratica. I dendrimeri sono eccellenti per il trasporto di farmaci nell'ambiente acquatico del corpo. Alcuni farmaci devono essere modificati in modo speciale per dissolversi nei fluidi corporei: l'uso di trasportatori eviterà queste trasformazioni (possono influire negativamente sull'efficacia del farmaco). Inoltre, il principio attivo viene rilasciato lentamente dall'interno della capsula, il che significa che le dosi possono essere ridotte e assunte meno frequentemente. L'attaccamento di varie molecole alla superficie del dendrimero porta al fatto che sono riconosciute solo dalle cellule dei singoli organi. Questo, a sua volta, consente di trasportare il farmaco direttamente a destinazione, senza esporre l'intero organismo a effetti collaterali inutili, ad esempio nella terapia antitumorale.

2. Modello di un dendrimero contenente un'altra molecola

(superiore)

I cosmetici sono creati sulla base sia dell'acqua che dei grassi. Tuttavia, spesso il principio attivo è liposolubile e il prodotto cosmetico è sotto forma di soluzione acquosa (e viceversa: la sostanza idrosolubile deve essere miscelata con la base grassa). L'aggiunta di emulsionanti (permettendo la formazione di una soluzione acqua-grassa stabile) non sempre funziona favorevolmente. Pertanto, i laboratori cosmetici stanno cercando di utilizzare il potenziale dei dendrimeri come trasportatori che possono essere facilmente adattati alle esigenze. L'industria dei prodotti chimici per la protezione delle colture deve affrontare problemi simili. Ancora una volta, è spesso necessario mescolare il pesticida non polare con acqua. I dendrimeri facilitano la connessione e, inoltre, rilasciando gradualmente il patogeno dall'interno, riducono la quantità di sostanze tossiche. Un'altra applicazione è la lavorazione di nanoparticelle di argento metallico, note per distruggere i microbi. Sono inoltre in corso ricerche sull'uso dei dendrimeri per il trasporto di antigeni nei vaccini e frammenti di DNA negli studi genetici. Ci sono più possibilità, devi solo usare la tua immaginazione.

Secchi

Il glucosio è il composto organico più abbondante nel mondo vivente. Si stima che venga prodotto ogni anno per un importo di 100 miliardi di tonnellate! Gli organismi utilizzano il prodotto principale della fotosintesi in modi diversi. Il glucosio è una fonte di energia nelle cellule, funge da materiale di riserva (amido vegetale e glicogeno animale) e materiale da costruzione (cellulosa). A cavallo tra XIX e XX secolo furono identificati i prodotti della parziale scomposizione dell'amido per azione di enzimi batterici (abbreviato KD). Come suggerisce il nome, questi sono composti ciclici o ad anello:

Sono costituiti da sei (variante a-CD), sette (b-CD) o otto (g-CD) molecole di glucosio, sebbene siano noti anche anelli più grandi. (3). Ma perché i prodotti metabolici di alcuni batteri sono così interessanti da trovare posto nella "Scuola Tecnica Giovani"?

3. Modelli di ciclodestrine. Da sinistra a destra: a - KD, b - KD, g - KD.

Prima di tutto, le ciclodestrine sono composti solubili in acqua, il che non dovrebbe sorprendere: sono relativamente piccole e sono costituite da glucosio altamente solubile (l'amido forma particelle troppo grandi per formare una soluzione, ma può essere sospeso). In secondo luogo, numerosi gruppi OH e atomi di ossigeno del glucosio sono in grado di legare altre molecole. In terzo luogo, le ciclodestrine sono ottenute mediante un semplice processo biotecnologico da amido economico e disponibile (attualmente nella quantità di migliaia di tonnellate all'anno). In quarto luogo, rimangono sostanze completamente non tossiche. E, infine, la più originale è la loro forma (che tu, Lettore, dovresti suggerire quando usi questi composti): un secchio senza fondo, ad es. le ciclodestrine sono adatte a trasportare altre sostanze (una molecola che è passata attraverso un foro più grande non cadrà). contenitore sul fondo e, inoltre, è vincolato da forze interatomiche). A causa della loro innocuità per la salute, possono essere utilizzati come ingrediente di medicinali e alimenti.

Tuttavia, il primo utilizzo delle ciclodestrine, scoperto poco dopo la descrizione, fu l'attività catalitica. Si è scoperto per caso che alcune reazioni con la loro partecipazione procedono in modo completamente diverso rispetto all'assenza di questi composti nell'ambiente. Il motivo è che la molecola del substrato ("ospite") entra nel secchio ("ospite") (4, 5). Pertanto, una parte della molecola è inaccessibile ai reagenti e la trasformazione può avvenire solo in quei punti che sporgono. Il meccanismo d'azione è simile all'azione di molti enzimi, che "mascherano" anche parti delle molecole.

4. Modello di una molecola di ciclodestrina contenente un'altra molecola.

5. Un altro sguardo allo stesso complesso

Quali molecole possono essere immagazzinate all'interno delle ciclodestrine? Praticamente tutto ciò che si adatta all'interno: la corrispondenza delle dimensioni dell'ospite e dell'ospite è fondamentale (come con gli eteri corona e i loro derivati; vedere l'articolo del mese scorso) (6). Questa proprietà delle ciclodestrine

6. Ciclodestrina infilata su un'altra catena

molecole, ovvero il rotaxano (maggiori dettagli: nel numero

Gennaio)

li rende utili per catturare selettivamente i composti dall'ambiente. Pertanto, le sostanze vengono purificate e separate dalla miscela dopo la reazione (ad esempio nella produzione di farmaci).

Altro uso? Nel ciclo si potrebbero citare stralci del precedente articolo (modelli di enzimi e trasportatori, non solo ionici - le ciclodestrine trasportano varie sostanze) e uno stralcio che descrive i dendrimeri (trasportatori di sostanze attive in medicinali, cosmetici e fitofarmaci). Anche i vantaggi dell'imballaggio della ciclodestrina sono simili: tutto si dissolve in acqua (a differenza della maggior parte dei farmaci, cosmetici e pesticidi), il principio attivo viene rilasciato gradualmente e dura più a lungo (il che consente dosi più piccole) e il contenitore utilizzato è biodegradabile (i microrganismi si decompongono rapidamente ). prodotto naturale, viene metabolizzato anche nel corpo umano). Il contenuto della confezione è inoltre protetto dall'ambiente (accesso ridotto alla molecola immagazzinata). I prodotti fitosanitari inseriti nelle ciclodestrine hanno una forma comoda per l'uso. È una polvere bianca, simile alla farina di patate, che viene sciolta in acqua prima dell'uso. Pertanto, non è necessario utilizzare solventi organici pericolosi e infiammabili.

Sfogliando l'elenco degli usi della ciclodestrina, possiamo trovare molti altri "sapori" e "odori" in esso. Mentre la prima è una metafora comunemente usata, la seconda potrebbe sorprenderti. Tuttavia, i secchi chimici servono per rimuovere i cattivi odori e per immagazzinare e rilasciare gli aromi desiderati. Deodoranti per ambienti, assorbiodori, profumi e carte profumate sono solo alcuni esempi dell'uso dei complessi di ciclodestrina. Un fatto interessante è che ai detersivi in ​​polvere vengono aggiunti composti aromatizzanti confezionati in ciclodestrine. Durante la stiratura e l'uso, la fragranza viene gradualmente scomposta e rilasciata.

È ora di provare. "Una medicina amara cura meglio", ma ha un sapore terribile. Tuttavia, se viene somministrato sotto forma di un complesso con ciclodestrina, non ci saranno sensazioni spiacevoli (la sostanza viene isolata dalle papille gustative). Anche l'amarezza del succo di pompelmo viene rimossa con l'aiuto delle ciclodestrine. Gli estratti di aglio e altre spezie sono molto più stabili sotto forma di complessi che in forma libera. Aromi simili confezionati esaltano il gusto di caffè e tè. Inoltre, l'osservazione della loro attività anticolesterolo parla a favore delle ciclodestrine. Le particelle di colesterolo "cattivo" si legano all'interno del secchio chimico e vengono espulse dal corpo in questa forma. Quindi le ciclodestrine, prodotti di origine naturale, sono anche la salute stessa.