Gabinet de Curiositats de Química - Part 2

A l'anterior número de la secció de química es van presentar diversos compostos de l'espectacle de monstres químics (a jutjar pel nom de la sèrie, definitivament no els coneixereu a l'escola). Es tracta de "persones" força respectables que, malgrat el seu aspecte inusual, van rebre el Premi Nobel, i les seves propietats en diverses àrees difícilment es poden sobreestimar. En aquest article, és hora de familiaritzar-se amb els propers personatges originals del regne de la química, no menys interessants que els èters de la corona i els seus derivats.

arbres químics

Els podands, compostos amb llargues cadenes unides a la part central de la molècula, han donat lloc a una nova classe de substàncies (més sobre "polps químics" a l'article del mes passat). Els químics van decidir augmentar el nombre de "tentacles". Per fer-ho, a cadascun dels braços acabats en un grup d'àtoms capaços de reaccionar se li va afegir una altra molècula acabada en els grups corresponents (dos o més; es tracta d'augmentar el nombre de llocs que es podrien combinar amb altres partícules). ). Hi van reaccionar més molècules, després més, i així successivament. L'augment de la mida de tot el sistema s'il·lustra amb el diagrama:

Els químics han relacionat els nous compostos amb les branques en creixement dels arbres, d'aquí el nom de dendrimeria (del grec dendron = arbre, meros = part). Inicialment, competia amb els termes "arborole" (això és llatí, on arbor també significa arbre) o "partícules en cascada". Encara que l'autor s'assembla més als tentacles embullats de les meduses o a les anemones inactives, els descobridors, és clar, tenen dret als noms. L'associació de dendrímers amb estructures fractals també és una observació important.

1. Model d'un dels dendrímers originals

fase de creixement de la branca

Els dendrímers no poden créixer indefinidament (1). El nombre de branques creix de manera exponencial i, després d'unes poques a deu etapes d'unió de noves molècules a la superfície d'una massa esfèrica, l'espai lliure s'acaba (el conjunt assoleix dimensions nanomètriques; un nanòmetre és una mil·milionèsima part d'un metre). D'altra banda, les possibilitats de manipular les propietats del dendrímer són gairebé il·limitades. Els fragments presents a la superfície poden ser hidròfils («amants de l'aigua», és a dir, que tenen afinitat per l'aigua i els dissolvents polars) o hidròfobs («evitant l'aigua», però propensos al contacte amb líquids no polars, per exemple, la majoria de dissolvents orgànics). dissolvents). De la mateixa manera, l'interior d'una molècula pot ser de naturalesa polar o no polar. Sota la superfície del dendrímer, entre les branques individuals, hi ha espais lliures on es poden introduir substàncies seleccionades (en l'etapa de síntesi o posterior, també es poden unir a grups superficials). Per tant, entre els arbres químics, tothom trobarà alguna cosa adequada a les seves necessitats. I tu, lector, abans de llegir aquest article fins al final, pensa en què pots utilitzar molècules que, per la seva estructura, seran "còmodes" en qualsevol entorn, i quines altres substàncies poden contenir?

Per descomptat, com a contenidors per transportar compostos seleccionats i protegir-ne el contingut. (2). Aquestes són les principals aplicacions dels dendrímers. Tot i que la majoria d'ells encara es troben en fase d'investigació, alguns d'ells ja s'estan aplicant a la pràctica. Els dendrímers són excel·lents per transportar drogues al medi aquàtic del cos. Alguns fàrmacs s'han de modificar especialment per dissoldre's en fluids corporals: l'ús de transportadors evitarà aquestes transformacions (poden afectar negativament l'eficàcia del fàrmac). A més, la substància activa s'allibera lentament des de l'interior de la càpsula, la qual cosa significa que les dosis es poden reduir i prendre amb menys freqüència. La unió de diverses molècules a la superfície del dendrímer fa que només les reconeixen les cèl·lules dels òrgans individuals. Això, al seu torn, permet transportar el fàrmac directament al seu destí, sense exposar tot el cos a efectes secundaris innecessaris, per exemple, en la teràpia contra el càncer.

2. Model d'un dendrímer que conté una altra molècula

(superior)

Els cosmètics es creen tant a base d'aigua com de greixos. Tanmateix, sovint la substància activa és liposoluble i el producte cosmètic es presenta en forma de solució aquosa (i viceversa: la substància hidrosoluble s'ha de barrejar amb la base de greix). L'addició d'emulsionants (que permet la formació d'una solució estable d'aigua-greix) no sempre funciona favorablement. Per això, els laboratoris de cosmètica estan intentant aprofitar el potencial dels dendrímers com a transportadors que es poden adaptar fàcilment a les necessitats. La indústria de productes químics de protecció de cultius s'enfronta a problemes similars. De nou, sovint és necessari barrejar el pesticida no polar amb aigua. Els dendrímers faciliten la connexió i, a més, alliberant gradualment el patogen de l'interior, redueixen la quantitat de substàncies tòxiques. Una altra aplicació és el processament de nanopartícules de plata metàl·lica, que se sap que destrueixen microbis. També s'està investigant l'ús de dendrímers per transportar antígens en vacunes i fragments d'ADN en estudis genètics. Hi ha més possibilitats, només cal fer servir la imaginació.

Cubells

La glucosa és el compost orgànic més abundant al món viu. Es calcula que es produeix anualment per una quantitat de 100 milions de tones! Els organismes utilitzen el producte principal de la fotosíntesi de diferents maneres. La glucosa és una font d'energia a les cèl·lules, serveix com a material de reserva (midó vegetal i glucogen animal) i material de construcció (cel·lulosa). Al tombant dels segles XIX i XX, es van identificar productes de la degradació parcial del midó per l'acció d'enzims bacterians (abreujat KD). Com el seu nom indica, aquests són compostos cíclics o en anell:

Consten de sis (variant a-CD), set (b-CD) o vuit (g-CD) molècules de glucosa, encara que també es coneixen anells més grans. (3). Però, per què són tan interessants els productes metabòlics d'alguns bacteris que se'ls dóna un lloc a la "Jove Escola Tècnica"?

3. Models de ciclodextrines. D'esquerra a dreta: a - KD, b - KD, g - KD.

En primer lloc, les ciclodextrines són compostos solubles en aigua, cosa que no hauria de sorprendre: són relativament petites i consisteixen en glucosa altament soluble (el midó forma partícules massa grans per formar una solució, però es pot suspendre). En segon lloc, nombrosos grups OH i àtoms d'oxigen de glucosa són capaços d'unir altres molècules. En tercer lloc, les ciclodextrines s'obtenen mitjançant un simple procés biotecnològic a partir de midó barat i disponible (actualment en una quantitat de milers de tones anuals). En quart lloc, segueixen sent substàncies completament no tòxiques. I, finalment, la més original és la seva forma (que tu, el Lector, hauríeu de suggerir quan feu servir aquests compostos): Una galleda sense fons, és a dir. Les ciclodextrines són adequades per transportar altres substàncies (una molècula que hagi passat per un forat més gran no caurà). recipient a la part inferior i, a més, està lligat per forces interatòmiques). A causa de la seva inocuïtat per a la salut, es poden utilitzar com a ingredient en medicaments i aliments.

Tanmateix, el primer ús de ciclodextrines, descobert poc després de la descripció, va ser l'activitat catalítica. Va resultar per casualitat que algunes reaccions amb la seva participació procedeixen d'una manera completament diferent que en absència d'aquests compostos en el medi ambient. El motiu és que la molècula de substrat ("convidat") entra dins de la galleda ("amfitrió") (4, 5). Per tant, una part de la molècula és inaccessible als reactius, i la transformació només es pot produir en aquells llocs que sobresurten. El mecanisme d'acció és similar a l'acció de molts enzims, que també "emmascaren" parts de les molècules.

4. Model d'una molècula de ciclodextrina que conté una altra molècula.

5. Una altra mirada al mateix complex

Quines molècules es poden emmagatzemar dins de les ciclodextrines? Gairebé qualsevol cosa que encaixi dins: la coincidència de la mida de l'hoste i l'amfitrió és crucial (com passa amb els èters corona i els seus derivats; vegeu l'article del mes passat) (6). Aquesta propietat de les ciclodextrines

6. Ciclodextrina enfilada en una altra cadena

molècules, és a dir, rotaxà (més detalls: al número

gener)

els fa útils per capturar selectivament compostos del medi ambient. Així, les substàncies es purifiquen i se separen de la mescla després de la reacció (per exemple, en la fabricació de fàrmacs).

Un altre ús? Es podrien citar fragments de l'article anterior del cicle (models d'enzims i transportadors, no només iònics: les ciclodextrines transporten diverses substàncies) i un fragment que descriu els dendrímers (transport de substàncies actives en medicaments, cosmètics i productes fitosanitaris). Els avantatges dels envasos de ciclodextrina també són similars: tot es dissol a l'aigua (a diferència de la majoria de fàrmacs, cosmètics i pesticides), l'ingredient actiu s'allibera gradualment i dura més temps (la qual cosa permet dosis més petites) i l'envàs utilitzat és biodegradable (els microorganismes es descomponen ràpidament). ). producte natural, també es metabolitza en el cos humà). El contingut de l'envàs també està protegit del medi ambient (accés reduït a la molècula emmagatzemada). Els productes fitosanitaris col·locats en ciclodextrines tenen una forma convenient per al seu ús. És una pols blanca, semblant a la farina de patata, que es dissol en aigua abans del seu ús. Per tant, no cal utilitzar dissolvents orgànics perillosos i inflamables.

En navegar per la llista d'usos de la ciclodextrina, hi podem trobar diversos "sabors" i "olors". Tot i que la primera és una metàfora d'ús habitual, la segona pot sorprendre't. Tanmateix, els cubells químics serveixen per eliminar les males olors i per emmagatzemar i alliberar les aromes desitjades. Ambientadors, absorbents d'olors, perfums i papers perfumats són només alguns exemples de l'ús de complexos de ciclodextrina. Un fet interessant és que els compostos aromatitzants envasats en ciclodextrines s'afegeixen als detergents en pols. Durant la planxa i l'ús, la fragància es descompon i s'allibera gradualment.

Hora de provar. "Una medicina amarga cura millor", però té un gust terrible. Tanmateix, si s'administra en forma de complex amb ciclodextrina, no hi haurà sensacions desagradables (la substància s'aïlla de les papil·les gustatives). L'amargor del suc d'aranja també s'elimina amb l'ajuda de ciclodextrines. Els extractes d'all i altres espècies són molt més estables en forma de complexos que en forma lliure. Els sabors empaquetats de la mateixa manera milloren el gust del cafè i del te. A més, l'observació de la seva activitat anticolesterol parla a favor de les ciclodextrines. Les partícules de colesterol "dolent" s'uneixen a la galleda química i s'excreten del cos d'aquesta forma. Així doncs, les ciclodextrines, productes d'origen natural, també són la salut mateixa.