Kabinet Keingintahuan Kimia - Bagian 2

Pada edisi sebelumnya bagian kimia, beberapa senyawa dari pertunjukan orang aneh kimia disajikan (dilihat dari nama seri, Anda pasti tidak akan mempelajarinya di sekolah). Ini adalah "orang-orang" yang cukup terhormat yang, meskipun penampilan mereka tidak biasa, dianugerahi Hadiah Nobel, dan properti mereka di sejumlah area hampir tidak dapat ditaksir terlalu tinggi. Pada artikel ini, saatnya berkenalan dengan karakter asli berikutnya dari ranah kimia, yang tidak kalah menarik dari eter mahkota dan turunannya.

pohon kimia

Podand, senyawa dengan rantai panjang yang melekat pada bagian tengah molekul, telah memunculkan kelas zat baru (lebih lanjut tentang "gurita kimia" dalam artikel bulan lalu). Ahli kimia memutuskan untuk meningkatkan jumlah "tentakel". Untuk melakukan ini, untuk masing-masing lengan yang berakhir pada sekelompok atom yang mampu bereaksi, molekul lain ditambahkan, berakhir pada kelompok yang sesuai (dua atau lebih; ​​intinya adalah untuk meningkatkan jumlah situs yang dapat digabungkan dengan partikel lain. ). Lebih banyak molekul bereaksi dengannya, lalu lebih banyak, dan seterusnya. Peningkatan ukuran seluruh sistem diilustrasikan oleh diagram:

Ahli kimia telah menghubungkan senyawa baru dengan cabang-cabang pohon yang tumbuh, maka nama dendrimeria (dari bahasa Yunani dendron = pohon, meros = bagian). Awalnya, ia bersaing dengan istilah "arborole" (ini adalah bahasa Latin, di mana punjung juga berarti pohon) atau "partikel mengalir". Meskipun penulisnya lebih mirip tentakel ubur-ubur yang kusut atau anemon yang tidak aktif, para penemunya tentu saja berhak menamai. Asosiasi dendrimer dengan struktur fraktal juga merupakan pengamatan penting.

1. Model salah satu dendrimer asli

tahap pertumbuhan cabang

Dendrimer tidak dapat tumbuh tanpa batas (1). Jumlah cabang bertambah secara eksponensial, dan setelah beberapa hingga sepuluh tahap penempelan molekul baru pada permukaan massa bola, ruang bebas berakhir (keseluruhannya mencapai dimensi nanometer; satu nanometer adalah sepersemiliar meter). Di sisi lain, kemungkinan memanipulasi sifat dendrimer hampir tidak terbatas. Moieties yang ada di permukaan dapat bersifat hidrofilik ("suka air", yaitu memiliki afinitas terhadap air dan pelarut polar) atau hidrofobik ("menghindari air", tetapi rentan terhadap kontak dengan cairan non-polar, misalnya sebagian besar pelarut organik). pelarut). Demikian pula, bagian dalam molekul dapat bersifat polar atau non-polar. Di bawah permukaan dendrimer, di antara masing-masing cabang, terdapat ruang bebas tempat zat terpilih dapat dimasukkan (pada tahap sintesis atau lebih baru, mereka juga dapat dilampirkan ke kelompok permukaan). Oleh karena itu, di antara pohon kimia, setiap orang akan menemukan sesuatu yang sesuai dengan kebutuhannya. Dan Anda, para pembaca, sebelum Anda membaca artikel ini sampai akhir, pikirkan tentang apa yang dapat Anda gunakan untuk molekul yang, menurut strukturnya, akan "nyaman" di lingkungan mana pun, dan zat lain apa yang dapat dikandungnya?

Tentu saja, sebagai wadah untuk mengangkut senyawa pilihan dan melindungi isinya. (2). Ini adalah aplikasi utama dendrimer. Meski sebagian besar masih dalam tahap penelitian, sebagian sudah diterapkan di lapangan. Dendrimer sangat baik untuk mengangkut obat di lingkungan perairan tubuh. Beberapa obat perlu dimodifikasi secara khusus untuk larut dalam cairan tubuh - penggunaan konveyor akan menghindari transformasi ini (mereka dapat mempengaruhi efektivitas obat). Selain itu, zat aktif dilepaskan secara perlahan dari dalam kapsul, yang berarti dosis dapat dikurangi dan diminum lebih jarang. Perlekatan berbagai molekul ke permukaan dendrimer mengarah pada fakta bahwa mereka hanya dikenali oleh sel-sel organ individu. Ini, pada gilirannya, memungkinkan obat untuk diangkut langsung ke tujuannya, tanpa membuat seluruh tubuh terkena efek samping yang tidak perlu, misalnya, dalam terapi anti-kanker.

2. Model dendrimer yang mengandung molekul lain

(atas)

Kosmetik dibuat atas dasar air dan lemak. Namun, seringkali zat aktif larut dalam lemak, dan produk kosmetik dalam bentuk larutan berair (dan sebaliknya: zat yang larut dalam air harus dicampur dengan basis lemak). Penambahan pengemulsi (memungkinkan pembentukan larutan lemak-air yang stabil) tidak selalu bekerja dengan baik. Oleh karena itu, laboratorium kosmetik berusaha memanfaatkan potensi dendrimer sebagai konveyor yang dapat dengan mudah disesuaikan dengan kebutuhan. Industri bahan kimia pelindung tanaman menghadapi masalah serupa. Sekali lagi, seringkali perlu untuk mencampur pestisida non-polar dengan air. Dendrimer memfasilitasi koneksi dan, di samping itu, secara bertahap melepaskan patogen dari dalam, mengurangi jumlah zat beracun. Aplikasi lain adalah pemrosesan nanopartikel perak metalik, yang diketahui dapat menghancurkan mikroba. Penelitian juga sedang berlangsung tentang penggunaan dendrimer untuk mengangkut antigen dalam vaksin dan fragmen DNA dalam studi genetik. Ada lebih banyak kemungkinan, Anda hanya perlu menggunakan imajinasi Anda.

ember

Glukosa adalah senyawa organik yang paling melimpah di dunia kehidupan. Diperkirakan diproduksi setiap tahun dalam jumlah 100 miliar ton! Organisme menggunakan produk utama fotosintesis dengan cara yang berbeda. Glukosa merupakan sumber energi dalam sel, berfungsi sebagai bahan cadangan (pati nabati dan glikogen hewani) dan bahan pembangun (selulosa). Pada pergantian abad kesembilan belas dan kedua puluh, produk dari pemecahan sebagian pati oleh aksi enzim bakteri (disingkat KD) diidentifikasi. Seperti namanya, ini adalah senyawa siklik atau cincin:

Mereka terdiri dari enam (varian a-CD), tujuh (b-CD) atau delapan (g-CD) molekul glukosa, meskipun cincin yang lebih besar juga dikenal. (3). Tetapi mengapa produk metabolisme beberapa bakteri begitu menarik sehingga mereka diberi tempat di "Sekolah Teknik Muda"?

3. Model siklodekstrin. Dari kiri ke kanan: a - KD, b - KD, g - KD.

Pertama-tama, siklodekstrin adalah senyawa yang larut dalam air, yang seharusnya tidak mengejutkan - mereka relatif kecil dan terdiri dari glukosa yang sangat larut (pati membentuk partikel yang terlalu besar untuk membentuk larutan, tetapi dapat tersuspensi). Kedua, banyak gugus OH dan atom oksigen glukosa mampu mengikat molekul lain. Ketiga, siklodekstrin diperoleh dengan proses bioteknologi sederhana dari pati yang murah dan tersedia (saat ini dalam jumlah ribuan ton per tahun). Keempat, mereka tetap menjadi zat yang sepenuhnya tidak beracun. Dan, terakhir, yang paling orisinal adalah bentuknya (yang harus disarankan oleh Anda, Pembaca, saat menggunakan senyawa ini): Ember tanpa dasar, mis. siklodekstrin cocok untuk membawa zat lain (molekul yang telah melewati lubang yang lebih besar tidak akan rontok). wadah di bagian bawah, dan, sebagai tambahan, ia terikat oleh gaya interatomik). Karena tidak berbahaya bagi kesehatan, mereka dapat digunakan sebagai bahan obat-obatan dan makanan.

Namun, penggunaan pertama siklodekstrin, ditemukan segera setelah deskripsi, adalah aktivitas katalitik. Ternyata secara kebetulan beberapa reaksi dengan partisipasinya berlangsung dengan cara yang sama sekali berbeda daripada tanpa adanya senyawa ini di lingkungan. Alasannya adalah molekul substrat ("tamu") masuk ke dalam ember ("host") (4, 5). Oleh karena itu, bagian dari molekul tidak dapat diakses oleh reagen, dan transformasi hanya dapat terjadi di tempat-tempat yang menonjol. Mekanisme aksinya mirip dengan aksi banyak enzim, yang juga "menutupi" bagian-bagian molekul.

4. Model molekul siklodekstrin yang mengandung molekul lain.

5. Lihat lagi kompleks yang sama

Molekul apa yang dapat disimpan di dalam siklodekstrin? Hampir semua hal yang muat di dalam - pencocokan ukuran tamu dan tuan rumah sangat penting (seperti halnya eter korona dan turunannya; lihat artikel bulan lalu) (6). Sifat siklodekstrin ini

6. Siklodekstrin dirangkai pada rantai lain

molekul, yaitu rotaxane (lebih detail: dalam edisi ini

Januari)

membuat mereka berguna untuk selektif menangkap senyawa dari lingkungan. Dengan demikian, zat dimurnikan dan dipisahkan dari campuran setelah reaksi (misalnya, dalam pembuatan obat).

Kegunaan lain? Dimungkinkan untuk mengutip kutipan dari artikel sebelumnya dalam siklus (model enzim dan pengangkut, tidak hanya yang ionik - siklodekstrin mengangkut berbagai zat) dan kutipan yang menjelaskan dendrimer (mengangkut zat aktif dalam obat-obatan, kosmetik, dan produk perlindungan tanaman). Keunggulan kemasan siklodekstrin juga serupa - semuanya larut dalam air (tidak seperti kebanyakan obat, kosmetik, dan pestisida), zat aktif dilepaskan secara bertahap dan bertahan lebih lama (yang memungkinkan untuk dosis yang lebih kecil), dan wadah bekas dapat terurai secara hayati (mikroorganisme cepat terurai ). produk alami, juga dimetabolisme dalam tubuh manusia). Isi paket juga terlindungi dari lingkungan (mengurangi akses ke molekul yang disimpan). Produk perlindungan tanaman yang ditempatkan dalam siklodekstrin memiliki bentuk yang nyaman untuk digunakan. Ini adalah bubuk putih, mirip dengan tepung kentang, yang dilarutkan dalam air sebelum digunakan. Oleh karena itu, tidak perlu menggunakan pelarut organik yang berbahaya dan mudah terbakar.

Saat menelusuri daftar kegunaan siklodekstrin, kita dapat menemukan beberapa "rasa" dan "bau" lain di dalamnya. Sementara yang pertama adalah metafora yang umum digunakan, yang terakhir mungkin mengejutkan Anda. Namun, ember kimia berfungsi untuk menghilangkan bau tak sedap dan untuk menyimpan dan melepaskan aroma yang diinginkan. Penyegar udara, penyerap bau, parfum dan kertas beraroma hanyalah beberapa contoh penggunaan kompleks siklodekstrin. Fakta yang menarik adalah bahwa senyawa penyedap yang dikemas dalam siklodekstrin ditambahkan ke bubuk pencuci. Selama menyetrika dan memakai, aroma secara bertahap dipecah dan dilepaskan.

Waktu untuk mencoba. "Obat pahit menyembuhkan yang terbaik," tetapi rasanya mengerikan. Namun, jika diberikan dalam bentuk kompleks dengan siklodekstrin, tidak akan ada sensasi yang tidak menyenangkan (zat diisolasi dari indera perasa). Kepahitan jus jeruk bali juga dihilangkan dengan bantuan siklodekstrin. Ekstrak bawang putih dan rempah-rempah lainnya jauh lebih stabil dalam bentuk kompleks daripada dalam bentuk bebas. Demikian pula rasa kemasan meningkatkan rasa kopi dan teh. Selain itu, pengamatan aktivitas antikolesterol mereka mendukung siklodekstrin. Partikel kolesterol "jahat" mengikat di dalam ember kimia dan dikeluarkan dari tubuh dalam bentuk ini. Jadi siklodekstrin, produk yang berasal dari alam, juga merupakan kesehatan itu sendiri.