화학적 호기심의 캐비닛 - 2부
화학 섹션의 이전 호에서는 Chemical Freak 쇼의 여러 화합물이 제시되었습니다(시리즈 이름으로 판단하면 학교에서 확실히 배우지 못할 것입니다). 이들은 특이한 외모에도 불구하고 노벨상을 수상한 상당히 존경할만한 "인물"이며 여러 분야에서 그들의 속성을 과대 평가하기가 어렵습니다. 이 기사에서는 크라운 에테르 및 그 파생물보다 덜 흥미로운 화학 영역의 다음 원본 문자에 대해 알아볼 시간입니다.
화학 나무
분자의 중앙 부분에 긴 사슬이 부착된 화합물인 Podands는 새로운 종류의 물질을 발생시켰습니다(지난 달 기사에서 "화학적 문어"에 대해 자세히 설명). 화학자들은 "촉수"의 수를 늘리기로 결정했습니다. 이를 위해 반응할 수 있는 원자 그룹으로 끝나는 각 팔에 해당 그룹으로 끝나는 또 다른 분자가 추가되었습니다(XNUMX개 이상, 요점은 다른 입자와 결합할 수 있는 사이트의 수를 늘리는 것입니다). 더 많은 분자가 그것에 반응했고, 그 다음에는 더 많이 반응했습니다. 전체 시스템의 크기 증가는 다이어그램으로 설명됩니다.
화학자들은 새로운 화합물을 성장하는 나무 가지에 연결하여 dendrimeria라는 이름을 붙였습니다(그리스어 dendron = 나무, meros = 부분에서 유래). 처음에는 "arborole"(아버가 나무를 의미하는 라틴어) 또는 "계단식 입자"라는 용어와 경쟁했습니다. 저자는 해파리 또는 비활성 아네모네의 얽힌 촉수처럼 보이지만 물론 발견자는 이름에 대한 권리가 있습니다. 덴드리머와 프랙탈 구조의 연관성 또한 중요한 관찰입니다.
1. 최초의 덴드리머 중 하나의 모델
가지 성장 단계
덴드리머는 무한정 성장할 수 없습니다. (1). 가지의 수는 기하급수적으로 증가하고 구형 덩어리의 표면에 새로운 분자가 부착되는 몇 단계에서 XNUMX단계 후에 자유 공간이 끝납니다(전체가 나노미터 크기에 도달합니다. 나노미터는 XNUMX억분의 XNUMX미터입니다). 반면에 덴드리머의 특성을 조작할 수 있는 가능성은 거의 무한합니다. 표면에 존재하는 파편은 친수성("물을 좋아하는", 즉 물과 극성 용매에 친화력이 있음) 또는 소수성("물을 피함")일 수 있지만 비극성 액체, 예를 들어 대부분의 유기물과 접촉하기 쉽습니다. 용제) . 용제). 유사하게, 분자의 내부는 본질적으로 극성이거나 비극성일 수 있습니다. 덴드리머의 표면 아래, 개별 가지 사이에는 선택된 물질이 도입될 수 있는 자유 공간이 있습니다(합성 단계 또는 이후에 표면 그룹에 부착될 수도 있음). 따라서 화학 나무 중에서 누구나 자신의 필요에 맞는 것을 찾을 수 있습니다. 그리고 독자 여러분, 이 기사를 끝까지 읽기 전에 구조에 따라 어떤 환경에서도 "편안한" 분자를 사용할 수 있는 것과 다른 물질이 포함할 수 있는 것이 무엇인지 생각해 보십시오.
물론 선택된 화합물을 운반하고 내용물을 보호하기 위한 용기로 사용됩니다. (2). 이것이 덴드리머의 주요 응용 분야입니다. 대부분은 아직 연구 단계에 있지만 일부는 이미 실용화되고 있다. 덴드리머는 신체의 수중 환경에서 약물을 운반하는 데 탁월합니다. 일부 약물은 체액에 용해되도록 특별히 수정해야 합니다. 컨베이어를 사용하면 이러한 변형을 피할 수 있습니다(약물의 효과에 부정적인 영향을 미칠 수 있음). 또한 활성 물질이 캡슐 내에서 천천히 방출되므로 복용량을 줄이고 덜 자주 복용할 수 있습니다. 덴드리머 표면에 다양한 분자가 부착되면 개별 기관의 세포에서만 인식된다는 사실이 나타납니다. 이를 통해 항암 요법과 같은 불필요한 부작용에 몸 전체를 노출시키지 않고 약물을 목적지로 직접 전달할 수 있습니다.
2. 다른 분자를 포함하는 덴드리머 모델
(맨 위)
화장품은 물과 지방을 기반으로 만들어집니다. 그러나 종종 활성 물질은 지용성이며 화장품은 수용액 형태입니다(반대의 경우도 마찬가지입니다. 수용성 물질은 지방 베이스와 혼합되어야 합니다). 유화제의 첨가(안정된 유지방 용액의 형성을 가능하게 함)가 항상 유리하게 작용하는 것은 아닙니다. 따라서 화장품 연구소는 필요에 따라 쉽게 조정할 수 있는 컨베이어로 덴드리머의 잠재력을 활용하려고 노력하고 있습니다. 작물 보호 화학 산업은 유사한 문제에 직면해 있습니다. 다시 말하지만, 비극성 살충제를 물과 혼합해야 하는 경우가 종종 있습니다. Dendrimers는 연결을 용이하게하고 내부에서 점차적으로 병원균을 방출하여 독성 물질의 양을 줄입니다. 또 다른 응용 분야는 미생물을 파괴하는 것으로 알려진 금속성 은 나노입자의 처리입니다. 유전 연구에서 백신 및 DNA 단편에서 항원을 수송하기 위해 덴드리머를 사용하는 연구도 진행 중입니다. 더 많은 가능성이 있습니다. 상상력을 발휘하면 됩니다.
양동이
포도당은 살아있는 세계에서 가장 풍부한 유기 화합물입니다. 연간 100억 톤의 양으로 생산되는 것으로 추산됩니다! 유기체는 다양한 방식으로 광합성의 주요 산물을 사용합니다. 포도당은 세포의 에너지원이며 비축 물질(식물성 전분 및 동물성 글리코겐) 및 건축 자재(셀룰로오스) 역할을 합니다. XNUMX세기와 XNUMX세기 초에 박테리아 효소(KD로 약칭)의 작용에 의해 전분이 부분적으로 분해된 생성물이 확인되었습니다. 이름에서 알 수 있듯이 이들은 고리 또는 고리 화합물입니다.
더 큰 고리도 알려져 있지만 XNUMX개(변형 a-CD), XNUMX개(b-CD) 또는 XNUMX개(g-CD)의 포도당 분자로 구성됩니다. (3). 그러나 일부 박테리아의 대사 산물이 왜 "젊은 기술 학교"에 들어갈 정도로 흥미로울까요?
3. 시클로덱스트린의 모델. 왼쪽에서 오른쪽으로: a - KD, b - KD, g - KD.
우선, 사이클로덱스트린은 수용성 화합물로 놀라운 일이 아닙니다. 상대적으로 작고 가용성이 높은 포도당으로 구성됩니다(전분은 용액을 형성하기에는 너무 큰 입자를 형성하지만 현탁될 수 있음). 둘째, 수많은 OH 그룹과 포도당 산소 원자가 다른 분자에 결합할 수 있습니다. 셋째, 사이클로덱스트린은 싸고 구할 수 있는 전분(현재 연간 수천 톤)에서 간단한 생명공학 공정으로 얻습니다. 넷째, 그들은 완전히 무독성 물질로 남아 있습니다. 그리고 마지막으로 가장 독창적인 형태는 다음과 같습니다(독자 여러분이 이러한 화합물을 사용할 때 제안해야 함). 시클로덱스트린은 다른 물질을 운반하는 데 적합합니다(더 큰 구멍을 통과한 분자는 떨어지지 않음). 바닥에 있는 컨테이너, 게다가 원자간 힘에 의해 구속됨). 건강에 무해하기 때문에 의약품 및 식품의 성분으로 사용할 수 있습니다.
그러나 기술 직후에 발견된 시클로덱스트린의 첫 번째 용도는 촉매 활성이었습니다. 그들의 참여에 따른 일부 반응은 환경에 이러한 화합물이 없을 때와 완전히 다른 방식으로 진행된다는 것이 우연히 밝혀졌습니다. 그 이유는 기질 분자("게스트")가 양동이("호스트") 내부에 들어가기 때문입니다. (4, 5). 따라서 분자의 일부는 시약에 접근할 수 없으며 돌출된 위치에서만 변형이 발생할 수 있습니다. 작용 메커니즘은 분자의 일부를 "마스크"하는 많은 효소의 작용과 유사합니다.
4. 다른 분자를 포함하는 시클로덱스트린 분자의 모델.
5. 같은 단지의 또 다른 시선
시클로덱스트린 안에 어떤 분자를 저장할 수 있습니까? 내부에 들어갈 수 있는 거의 모든 것 - 게스트 및 호스트 크기 일치가 중요합니다(코로나 에테르 및 파생 상품과 마찬가지로 지난 달 기사 참조). (6). 시클로덱스트린의 이 성질
6. 다른 사슬에 매달린 사이클로덱스트린
분자, 즉 로탁산(자세한 내용: 문제에서
XNUMX월)
환경에서 화합물을 선택적으로 포획하는 데 유용합니다. 따라서 물질은 반응 후 혼합물에서 정제 및 분리됩니다(예: 약물 제조).
다른 용도? 주기의 이전 기사에서 발췌한 내용(이온성 모델뿐만 아니라 효소 및 전달체 모델 - 시클로덱스트린은 다양한 물질을 전달함)과 덴드리머(의약품, 화장품 및 식물 보호 제품에서 활성 물질을 전달함)를 설명하는 발췌문을 인용할 수 있습니다. 사이클로덱스트린 포장의 이점도 비슷합니다. 모든 것이 물에 용해되고(대부분의 약물, 화장품 및 살충제와 달리) 활성 성분이 점진적으로 방출되고 더 오래 지속되며(더 적은 용량 허용) 사용된 용기는 생분해성입니다(미생물이 빠르게 분해됨). ). 천연 제품, 그것은 또한 인체에서 대사됩니다). 패키지의 내용물도 환경으로부터 보호됩니다(저장된 분자에 대한 접근 감소). 시클로덱스트린에 넣은 식물 보호 제품은 사용하기 편리한 형태를 가지고 있습니다. 감자 가루와 비슷한 흰색 가루로 물에 녹여 사용한다. 따라서 유해하고 인화성이 있는 유기 용제를 사용할 필요가 없습니다.
시클로덱스트린의 용도 목록을 살펴보면 그 안에 몇 가지 다른 "맛"과 "냄새"가 있습니다. 전자는 일반적으로 사용되는 은유이지만 후자는 당신을 놀라게 할 수 있습니다. 그러나 케미컬 버킷은 악취를 제거하고 원하는 향을 저장하고 방출하는 역할을 합니다. 공기 청정제, 냄새 흡수제, 향수 및 향 종이는 시클로덱스트린 복합체 사용의 몇 가지 예에 불과합니다. 흥미로운 사실은 사이클로덱스트린에 포장된 향료 화합물이 세제에 첨가된다는 것입니다. 다림질하고 착용하는 동안 향기가 점차 분해되어 방출됩니다.
시도할 시간입니다. "쓴 약이 가장 낫는다." 그러나 그 맛은 끔찍하다. 그러나 시클로덱스트린과의 복합체 형태로 투여하면 불쾌감이 없을 것이다(물질이 미뢰에서 분리됨). 자몽 주스의 쓴맛도 사이클로덱스트린의 도움으로 제거됩니다. 마늘 및 기타 향신료의 추출물은 자유 형태보다 복합체 형태에서 훨씬 더 안정적입니다. 마찬가지로 포장된 풍미는 커피와 차의 맛을 향상시킵니다. 또한, 그들의 항콜레스테롤 활동에 대한 관찰은 시클로덱스트린에 유리하게 작용합니다. "나쁜"콜레스테롤 입자는 화학 물질 버킷 내부에 결합하여 이러한 형태로 신체에서 배설됩니다. 따라서 천연 유래 제품인 시클로덱스트린도 건강 그 자체입니다.
