化学珍品柜 - 第 2 部分

上一期化学板块，介绍了化学怪胎秀中的几种化合物（从系列名称来看，你在学校肯定学不到它们）。 这些都是相当受人尊敬的“人”，尽管外表不同寻常，却获得了诺贝尔奖，他们在许多领域的财产都不容小觑。 在本文中，是时候了解化学领域的下一个原创角色了，它们的趣味性不亚于冠醚及其衍生物。

化学树

Podands 是一种长链连接到分子中心部分的化合物，已经产生了一类新的物质（上个月的文章中更多关于“化学章鱼”）。 化学家决定增加“触手”的数量。 为了做到这一点，在以一组能够反应的原子结尾的每个臂上，添加另一个分子，以相应的基团结尾（两个或更多；重点是增加可以与其他粒子结合的位点的数量)。 更多的分子与它发生反应，然后更多，依此类推。 整个系统规模的增加如下图所示：

化学家已将新化合物与生长的树枝联系起来，因此得名树状体（来自希腊语 dendron = 树，meros = 部分）。 最初，它与术语“arborole”（这是拉丁语，arbor 也意味着树）或“层叠粒子”竞争。 虽然作者看起来更像是水母或不活跃的海葵缠结的触须，但发现者当然有权命名。 树枝状大分子与分形结构的关联也是一个重要的观察结果。

1. 一种原始树枝状大分子的模型

分支成长阶段

树枝状大分子不能无限生长 (1). 分支的数量呈指数增长，新分子在球体表面附着几到十个阶段后，自由空间结束（整体达到纳米尺寸；纳米是十亿分之一米）。 另一方面，操纵树状聚合物性质的可能性几乎是无限的。 表面上的碎片可以是亲水的（“亲水”，即对水和极性溶剂具有亲和力）或疏水的（“避水”，但容易与非极性液体接触，例如，大多数有机物溶剂）。 溶剂）。 类似地，分子的内部本质上可以是极性的或非极性的。 在树枝状聚合物的表面之下，在各个分支之间，存在可以引入选定物质的自由空间（在合成阶段或之后，它们也可以连接到表面基团）。 因此，在化学树中，每个人都会找到适合自己需要的东西。 而你，读者，在你读完这篇文章之前，想一想你可以使用什么分子，根据它们的结构，在任何环境中都会“舒适”，以及其他什么物质可以包含？

当然，作为运输选定化合物和保护其内容物的容器。 (2). 这些是树枝状大分子的主要应用。 尽管它们中的大多数仍处于研究阶段，但其中一些已经在实践中得到应用。 树枝状大分子非常适合在人体的水生环境中运输药物。 有些药物需要经过特殊改造才能溶解在体液中——使用传送带可以避免这些转化（它们会对药物的有效性产生不利影响）。 此外，活性物质从胶囊内缓慢释放，这意味着可以减少剂量并减少服用频率。 各种分子与树枝状聚合物表面的连接导致它们仅被单个器官的细胞识别。 这反过来又允许药物直接运输到目的地，而不会使整个身体暴露于不必要的副作用，例如在抗癌治疗中。

2. 含有另一个分子的树枝状聚合物模型

（最佳）

化妆品是在水和脂肪的基础上制成的。 然而，活性物质通常是脂溶性的，而化妆品是水溶液的形式（反之亦然：水溶性物质必须与脂肪基质混合）。 添加乳化剂（允许形成稳定的水-脂肪溶液）并不总是有利的。 因此，化妆品实验室正试图利用树枝状大分子作为可轻松适应需求的传送带的潜力。 植保化学品行业也面临着类似的问题。 同样，经常需要将非极性农药与水混合。 树枝状大分子促进连接，此外，逐渐从内部释放病原体，减少有毒物质的数量。 另一个应用是金属银纳米粒子的加工，已知这种纳米粒子会破坏微生物。 使用树枝状大分子运输疫苗中的抗原和基因研究中的 DNA 片段的研究也在进行中。 还有更多的可能性，你只需要发挥你的想象力。

桶

葡萄糖是生命世界中最丰富的有机化合物。 预计年产100亿吨！ 生物以不同的方式利用光合作用的主要产物。 葡萄糖是细胞中的能量来源，用作储备材料（植物淀粉和动物糖原）和建筑材料（纤维素）。 在 XNUMX 世纪和 XNUMX 世纪之交，通过细菌酶的作用（简称 KD）部分分解淀粉的产物被鉴定出来。 顾名思义，这些是环状或环状化合物：

它们由六个（变体 a-CD）、七个（b-CD）或八个（g-CD）葡萄糖分子组成，尽管更大的环也是已知的。 (3). 但是为什么某些细菌的代谢产物如此有趣，以至于它们在“青年技术学校”中占有一席之地？

3. 环糊精的模型。 从左到右：a - KD，b - KD，g - KD。

首先，环糊精是水溶性化合物，这不足为奇 - 它们相对较小并且由高度可溶的葡萄糖组成（淀粉形成的颗粒太大而无法形成溶液，但可以悬浮）。 其次，许多 OH 基团和葡萄糖氧原子能够结合其他分子。 第三，环糊精是通过简单的生物技术过程从廉价易得的淀粉（目前每年产量为数千吨）中获得的。 第四，它们仍然是完全无毒的物质。 最后，最原始的是它们的形式（你，读者，在使用这些化合物时应该建议）：无底桶，即环糊精适合携带其他物质（通过较大孔洞的分子不会掉出来）。 底部的容器，此外，它还受到原子间力的约束）。 由于它们对健康无害，因此可用作药物和食品的成分。

然而，在描述后不久发现的环糊精的第一个用途是催化活性。 偶然发现，与环境中没有这些化合物的情况相比，它们参与的某些反应以完全不同的方式进行。 原因是底物分子（“客人”）进入桶（“主人”） （4，5）. 因此，分子的一部分是试剂无法进入的，只有在那些突出的地方才能发生转化。 作用机制类似于许多酶的作用，这些酶也“掩盖”了部分分子。

4. 包含另一个分子的环糊精分子模型。

5. 再看同一个综合体

哪些分子可以储存在环糊精中？ 几乎所有适合内部的东西 - 客人和主人的尺寸匹配是至关重要的（与电晕醚及其衍生物一样；参见上个月的文章） (6). 环糊精的这种性质

6. 环糊精串在另一条链上

分子，即轮烷（更多细节：in the issue

一月）

使它们可用于从环境中选择性地捕获化合物。 因此，物质在反应后被纯化并从混合物中分离出来（例如，在药物制造中）。

其他用途？ 可以引用循环中上一篇文章的摘录（酶和转运蛋白模型，不仅是离子模型——环糊精转运各种物质）和描述树枝状聚合物（转运药物、化妆品和植物保护产品中的活性物质）的摘录。 环糊精包装的好处也相似——一切都溶于水（不像大多数药物、化妆品和杀虫剂），活性成分逐渐释放并持续更长时间（允许更小的剂量），并且使用的容器是可生物降解的（微生物快速分解） ). 天然产物，在人体内也有新陈代谢）。 包装的内容物也受到保护免受环境影响（减少对存储分子的访问）。 置于环糊精中的植物保护产品具有使用方便的形式。 它是一种白色粉末，类似于马铃薯粉，使用前溶解在水中。 因此，无需使用危险易燃的有机溶剂。

浏览环糊精的用途列表时，我们可以在其中找到其他几种“味道”和“气味”。 虽然前者是一个常用的比喻，但后者可能会让你大吃一惊。 然而，化学桶用于去除难闻的气味并储存和释放所需的香气。 空气清新剂、气味吸收剂、香水和香纸只是使用环糊精复合物的几个例子。 一个有趣的事实是，包装在环糊精中的调味化合物被添加到洗衣粉中。 在熨烫和穿着过程中，香味逐渐分解并释放出来。

是时候试试了。 “苦药治得最好”，但味道很糟糕。 但是，如果它以与环糊精的复合物形式给药，则不会有不愉快的感觉（该物质与味蕾分离）。 在环糊精的帮助下，葡萄柚汁的苦味也被去除。 大蒜和其他香料的提取物以复合物形式比游离形式更稳定。 类似的包装口味增强了咖啡和茶的味道。 此外，对其抗胆固醇活性的观察表明有利于环糊精。 “坏”胆固醇颗粒结合在化学桶内，并以这种形式从体内排出。 因此，天然来源的产品环糊精本身也是健康的。