Gabinete de Curiosidades Químicas - Parte 2

No número anterior da sección de química presentáronse varios compostos do espectáculo de monstruos químicos (a xulgar polo nome da serie, definitivamente non aprenderás sobre eles na escola). Trátase de "persoas" bastante respectables que, a pesar do seu aspecto inusual, foron galardoadas co Premio Nobel, e as súas propiedades en varias áreas dificilmente se poden sobreestimar. Neste artigo, é hora de familiarizarse cos próximos personaxes orixinais do reino da química, non menos interesantes que os éteres da coroa e os seus derivados.

árbores químicas

Os podands, compostos con longas cadeas unidas á parte central da molécula, orixinaron unha nova clase de substancias (máis sobre "polbos químicos" no artigo do mes pasado). Os químicos decidiron aumentar o número de "tentáculos". Para iso, a cada un dos brazos que rematan nun grupo de átomos capaces de reaccionar, engadíuselle outra molécula que remata nos grupos correspondentes (dous ou máis; o que se trata é de aumentar o número de sitios que se poidan combinar con outras partículas). ). Máis moléculas reaccionaron con el, despois máis, etc. O aumento do tamaño de todo o sistema móstrase no diagrama:

Os químicos vincularon os novos compostos ás ramas en crecemento das árbores, de aí o nome de dendrimería (do grego dendron = árbore, meros = parte). Inicialmente, competía cos termos "arborole" (isto é en latín, onde arbor tamén significa árbore) ou "partículas en cascada". Aínda que o autor se parece máis aos tentáculos enredados das medusas ou ás anémonas inactivas, os descubridores, por suposto, teñen dereito a nomes. A asociación de dendrímeros con estruturas fractais tamén é unha observación importante.

1. Modelo dun dos dendrímeros orixinais

etapa de crecemento da rama

Os dendrímeros non poden crecer indefinidamente (1). O número de ramas crece exponencialmente, e despois dunhas poucas a dez etapas de unión de novas moléculas na superficie dunha masa esférica, o espazo libre remata (o conxunto alcanza dimensións nanométricas; un nanómetro é unha milmillonésima parte dun metro). Por outra banda, as posibilidades de manipular as propiedades do dendrímero son case ilimitadas. Os fragmentos presentes na superficie poden ser hidrófilos ("amantes da auga", é dicir, ter afinidade pola auga e os disolventes polares) ou hidrófobos ("evitando a auga", pero propensos a entrar en contacto con líquidos non polares, por exemplo, a maioría dos orgánicos). disolventes). disolventes). Do mesmo xeito, o interior dunha molécula pode ser de natureza polar ou non polar. Baixo a superficie do dendrímero, entre as ramas individuais, hai espazos libres nos que se poden introducir substancias seleccionadas (na fase de síntese ou posteriormente, tamén se poden unir a grupos superficiais). Polo tanto, entre as árbores químicas, cada un atopará algo axeitado ás súas necesidades. E ti, lector, antes de ler este artigo ata o final, pensa en que podes usar moléculas para as cales, segundo a súa estrutura, serán "cómodas" en calquera ambiente, e que outras substancias poden conter?

Por suposto, como recipientes para transportar compostos seleccionados e protexer o seu contido. (2). Estas son as principais aplicacións dos dendrímeros. Aínda que a maioría deles aínda están en fase de investigación, algúns deles xa se están aplicando na práctica. Os dendrímeros son excelentes para transportar drogas no medio acuático do corpo. Algunhas drogas deben ser modificadas especialmente para disolverse nos fluídos corporais: o uso de transportadores evitará estas transformacións (poden afectar negativamente á eficacia da droga). Ademais, o principio activo é liberado lentamente desde dentro da cápsula, o que significa que as doses poden reducirse e tomarse con menos frecuencia. A unión de varias moléculas á superficie do dendrímero leva ao feito de que só son recoñecidas por células de órganos individuais. Isto, á súa vez, permite que a droga sexa transportada directamente ao seu destino, sen expoñer todo o corpo a efectos secundarios innecesarios, por exemplo, na terapia contra o cancro.

2. Modelo dun dendrímero que contén outra molécula

(arriba)

Os cosméticos créanse tanto a base de auga como de graxas. Non obstante, moitas veces a substancia activa é soluble en graxa e o produto cosmético ten forma de solución acuosa (e viceversa: a substancia soluble en auga debe mesturarse coa base de graxa). A adición de emulsionantes (que permite a formación dunha solución estable de auga e graxa) non sempre funciona favorablemente. Por iso, os laboratorios de cosmética tratan de aproveitar o potencial dos dendrímeros como transportadores facilmente adaptables ás necesidades. A industria de produtos químicos de protección de cultivos enfróntase a problemas similares. De novo, moitas veces é necesario mesturar o pesticida non polar con auga. Os dendrímeros facilitan a conexión e, ademais, liberando gradualmente o patóxeno do interior, reducen a cantidade de substancias tóxicas. Outra aplicación é o procesamento de nanopartículas de prata metálicas, que se sabe que destrúen microbios. Tamén se está a investigar sobre o uso de dendrímeros para transportar antíxenos en vacinas e fragmentos de ADN en estudos xenéticos. Hai máis posibilidades, só tes que usar a túa imaxinación.

Cubos

A glicosa é o composto orgánico máis abundante no mundo vivo. Estímase que se produce anualmente por unha cantidade de 100 millóns de toneladas! Os organismos utilizan o produto principal da fotosíntese de diferentes xeitos. A glicosa é unha fonte de enerxía nas células, serve como material de reserva (almidón vexetal e glicóxeno animal) e material de construción (celulosa). A principios dos séculos XIX e XX identificáronse produtos da degradación parcial do amidón pola acción de encimas bacterianos (abreviado KD). Como o nome indica, estes son compostos cíclicos ou en anel:

Constan de seis (variante a-CD), sete (b-CD) ou oito (g-CD) moléculas de glicosa, aínda que tamén se coñecen aneis máis grandes. (3). Pero por que son tan interesantes os produtos metabólicos dalgunhas bacterias que se lles dá un lugar na “Escola Técnica Xove”?

3. Modelos de ciclodextrinas. De esquerda a dereita: a - KD, b - KD, g - KD.

En primeiro lugar, as ciclodextrinas son compostos solubles en auga, o que non debería ser unha sorpresa: son relativamente pequenos e consisten en glicosa altamente soluble (o amidón forma partículas demasiado grandes para formar unha solución, pero pódese suspender). En segundo lugar, numerosos grupos OH e átomos de osíxeno de glicosa son capaces de unirse a outras moléculas. En terceiro lugar, as ciclodextrinas obtéñense mediante un simple proceso biotecnolóxico a partir de amidón barato e dispoñible (actualmente por unha cantidade de miles de toneladas ao ano). En cuarto lugar, seguen sendo substancias completamente non tóxicas. E, por último, o máis orixinal é a súa forma (que vostede, o Lector, debería suxerir ao utilizar estes compostos): Un balde sen fondo, i.e. As ciclodextrinas son adecuadas para transportar outras substancias (non caerá unha molécula que pasou por un burato máis grande). recipiente no fondo e, ademais, está unido por forzas interatómicas). Debido á súa inocuidade para a saúde, pódense usar como ingredientes en medicamentos e alimentos.

Non obstante, o primeiro uso das ciclodextrinas, descuberto pouco despois da descrición, foi a actividade catalítica. Descubriuse por casualidade que algunhas reaccións coa súa participación proceden dun xeito completamente diferente que na ausencia destes compostos no medio ambiente. O motivo é que a molécula do substrato ("invitado") entra no cubo ("host"). (4, 5). Polo tanto, unha parte da molécula é inaccesible para os reactivos, e a transformación só pode ocorrer naqueles lugares que sobresaen. O mecanismo de acción é semellante á acción de moitos encimas, que tamén "enmascaran" partes das moléculas.

4. Modelo dunha molécula de ciclodextrina que contén outra molécula.

5. Outra mirada ao mesmo complexo

Que moléculas se poden almacenar dentro das ciclodextrinas? Case todo o que cabe dentro: a coincidencia do tamaño do hóspede e do anfitrión é fundamental (como ocorre cos éteres corona e os seus derivados; consulta o artigo do mes pasado) (6). Esta propiedade das ciclodextrinas

6. Ciclodextrina encordada noutra cadea

moléculas, é dicir, rotaxano (máis detalles: no número

Xaneiro)

fainos útiles para capturar selectivamente compostos do medio. Así, as substancias purifícanse e sepáranse da mestura despois da reacción (por exemplo, na fabricación de medicamentos).

Outro uso? Poderíase citar fragmentos do artigo anterior do ciclo (modelos de encimas e transportadores, non só iónicos -as ciclodextrinas transportan diversas substancias) e un fragmento que describe os dendrímeros (transportando substancias activas en medicamentos, cosméticos e fitosanitarios). Os beneficios dos envases de ciclodextrina tamén son similares: todo se disólvese na auga (a diferenza da maioría dos medicamentos, cosméticos e pesticidas), o ingrediente activo liberase gradualmente e dura máis tempo (o que permite doses máis pequenas) e o recipiente usado é biodegradable (os microorganismos descompoñen rapidamente. ). produto natural, tamén se metaboliza no corpo humano). O contido do envase tamén está protexido do medio ambiente (acceso reducido á molécula almacenada). Os produtos fitosanitarios colocados en ciclodextrinas teñen unha forma conveniente para o seu uso. É un po branco, semellante á fariña de pataca, que se disolve en auga antes de usar. Polo tanto, non hai necesidade de utilizar disolventes orgánicos perigosos e inflamables.

Ao navegar pola lista de usos da ciclodextrina, podemos atopar outros "sabores" e "cheiros". Aínda que a primeira é unha metáfora de uso habitual, a segunda pode sorprenderche. Non obstante, os cubos químicos serven para eliminar os malos cheiros e para almacenar e liberar aromas desexados. Os ambientadores, os absorbentes de olores, os perfumes e os papeis perfumados son só algúns exemplos do uso de complexos de ciclodextrina. Un feito interesante é que os compostos aromatizantes envasados ​​en ciclodextrinas engádense aos lavados en po. Durante o ferro e o uso, a fragrancia vaise descompoñendo e liberando gradualmente.

Tempo de probalo. "Un medicamento amargo cura mellor", pero ten un sabor terrible. Non obstante, se se administra en forma de complexo con ciclodextrina, non haberá sensacións desagradables (a substancia está illada das papilas gustativas). O amargor do zume de pomelo tamén se elimina coa axuda de ciclodextrinas. Os extractos de allo e outras especias son moito máis estables en forma de complexos que en forma libre. Os sabores empaquetados do mesmo xeito melloran o sabor do café e do té. Ademais, a observación da súa actividade anticolesterol fala a favor das ciclodextrinas. As partículas de colesterol "malo" únense dentro do cubo químico e excrétanse do corpo desta forma. Así que as ciclodextrinas, produtos de orixe natural, tamén son a propia saúde.