कॅबिनेट ऑफ केमिकल क्युरिऑसिटीज - भाग १
सामग्री
रसायनशास्त्र विभागाच्या मागील अंकात, केमिकल फ्रीक शोमधील अनेक संयुगे सादर केली गेली होती (मालिकेच्या नावावरून, आपण निश्चितपणे त्यांच्याबद्दल शाळेत शिकणार नाही). हे अत्यंत आदरणीय "व्यक्ती" आहेत ज्यांना, त्यांच्या असामान्य देखाव्या असूनही, नोबेल पारितोषिक मिळाले होते आणि त्यांच्या अनेक क्षेत्रातील गुणधर्मांचा अंदाज लावला जाऊ शकत नाही. या लेखात, रसायनशास्त्राच्या क्षेत्रातील पुढील मूळ पात्रांशी परिचित होण्याची वेळ आली आहे, मुकुट इथर आणि त्यांच्या डेरिव्हेटिव्हपेक्षा कमी मनोरंजक नाही.
रासायनिक झाडे
पोडँड्स, रेणूच्या मध्यभागी जोडलेल्या लांब साखळ्यांसह संयुगे, पदार्थांच्या नवीन वर्गास जन्म दिला आहे (गेल्या महिन्याच्या लेखात "रासायनिक ऑक्टोपस" बद्दल अधिक). रसायनशास्त्रज्ञांनी "मंडप" ची संख्या वाढवण्याचा निर्णय घेतला. हे करण्यासाठी, प्रतिक्रिया देण्यास सक्षम असलेल्या अणूंच्या गटामध्ये समाप्त होणार्‍या प्रत्येक शस्त्रामध्ये, संबंधित गटांमध्ये समाप्त होणारा दुसरा रेणू जोडला गेला (दोन किंवा अधिक; मुद्दा म्हणजे साइट्सची संख्या वाढवणे ज्याला इतर कणांसह एकत्रित केले जाऊ शकते. ). अधिक रेणू त्याच्याशी प्रतिक्रिया देतात, नंतर अधिक, आणि असेच. संपूर्ण प्रणालीच्या आकारात वाढ आकृतीद्वारे दर्शविली आहे:
रसायनशास्त्रज्ञांनी नवीन संयुगे झाडांच्या वाढत्या फांद्यांशी जोडली आहेत, म्हणून डेंड्रिमेरिया हे नाव (ग्रीक डेंड्रॉन = झाड, मेरोस = भाग) आहे. सुरुवातीला, ते "आर्बोरोल" (हे लॅटिन आहे, जेथे आर्बरचा अर्थ वृक्ष देखील आहे) किंवा "कॅस्केडिंग कण" या शब्दांशी स्पर्धा केली. लेखक जेलीफिश किंवा निष्क्रिय अॅनिमोन्सच्या गोंधळलेल्या मंडपांसारखे दिसत असले तरी, शोधकर्त्यांना अर्थातच नावे ठेवण्याचा अधिकार आहे. फ्रॅक्टल स्ट्रक्चर्ससह डेंड्रिमरचा संबंध देखील एक महत्त्वपूर्ण निरीक्षण आहे.
1. मूळ डेंड्रिमरपैकी एकाचे मॉडेल
शाखा वाढीचा टप्पा
डेंड्रिमर अनिश्चित काळासाठी वाढू शकत नाहीत (1). शाखांची संख्या झपाट्याने वाढते आणि गोलाकार वस्तुमानाच्या पृष्ठभागावर नवीन रेणू जोडण्याच्या काही ते दहा टप्प्यांनंतर, मोकळी जागा संपते (संपूर्ण नॅनोमीटर परिमाणांपर्यंत पोहोचते; नॅनोमीटर मीटरचा एक अब्जावा भाग आहे). दुसरीकडे, डेंड्रिमरच्या गुणधर्मांमध्ये फेरफार करण्याच्या शक्यता जवळजवळ अमर्याद आहेत. पृष्ठभागावर असलेले तुकडे हायड्रोफिलिक ("पाणी-प्रेमळ", म्हणजे पाणी आणि ध्रुवीय सॉल्व्हेंट्सबद्दल आत्मीयता असलेले) किंवा हायड्रोफोबिक ("पाणी टाळणारे" असू शकतात, परंतु गैर-ध्रुवीय द्रव्यांच्या संपर्कात येण्याची शक्यता असते, उदाहरणार्थ, बहुतेक सेंद्रिय सॉल्व्हेंट्स). सॉल्व्हेंट्स). त्याचप्रमाणे, रेणूचे आतील भाग एकतर ध्रुवीय किंवा गैर-ध्रुवीय असू शकतात. डेंड्रिमरच्या पृष्ठभागाखाली, वैयक्तिक शाखांमध्ये, मोकळ्या जागा आहेत ज्यामध्ये निवडलेले पदार्थ सादर केले जाऊ शकतात (संश्लेषणाच्या टप्प्यावर किंवा नंतर, ते पृष्ठभागाच्या गटांना देखील जोडले जाऊ शकतात). म्हणून, रासायनिक झाडांमध्ये, प्रत्येकाला त्यांच्या गरजांसाठी योग्य काहीतरी सापडेल. आणि तुम्ही, वाचकहो, तुम्ही हा लेख शेवटपर्यंत वाचण्यापूर्वी, तुम्ही कोणते रेणू वापरू शकता याचा विचार करा, ज्यासाठी त्यांच्या संरचनेनुसार, कोणत्याही वातावरणात "आरामदायी" असेल आणि इतर कोणते पदार्थ असू शकतात?
अर्थात, निवडलेल्या संयुगे वाहतूक करण्यासाठी आणि त्यांच्या सामग्रीचे संरक्षण करण्यासाठी कंटेनर म्हणून. (2). हे डेंड्रिमरचे मुख्य अनुप्रयोग आहेत. जरी त्यापैकी बहुतेक अद्याप संशोधनाच्या टप्प्यावर आहेत, त्यापैकी काही आधीच सराव मध्ये लागू केले जात आहेत. शरीराच्या जलीय वातावरणात औषधे वाहून नेण्यासाठी डेन्ड्रिमर उत्कृष्ट आहेत. शरीरातील द्रवपदार्थांमध्ये विरघळण्यासाठी काही औषधे विशेषत: सुधारित करणे आवश्यक आहे - कन्व्हेयर्सचा वापर हे परिवर्तन टाळेल (ते औषधाच्या प्रभावीतेवर विपरित परिणाम करू शकतात). याव्यतिरिक्त, सक्रिय पदार्थ हळूहळू कॅप्सूलमधून सोडला जातो, याचा अर्थ डोस कमी केला जाऊ शकतो आणि कमी वेळा घेतला जाऊ शकतो. डेंड्रिमरच्या पृष्ठभागावर विविध रेणूंच्या जोडणीमुळे ते केवळ वैयक्तिक अवयवांच्या पेशींद्वारे ओळखले जातात. यामुळे, संपूर्ण शरीराला अनावश्यक साइड इफेक्ट्सचा सामना न करता, उदाहरणार्थ, कर्करोगविरोधी थेरपीमध्ये, औषध थेट त्याच्या गंतव्यस्थानावर नेले जाऊ शकते.
2. डेंड्रिमरचे मॉडेल ज्यामध्ये दुसरा रेणू आहे
(शीर्ष)
सौंदर्यप्रसाधने पाणी आणि चरबी या दोन्हीच्या आधारे तयार केली जातात. तथापि, बर्‍याचदा सक्रिय पदार्थ चरबी-विद्रव्य असतो आणि कॉस्मेटिक उत्पादन जलीय द्रावणाच्या स्वरूपात असते (आणि त्याउलट: पाण्यात विरघळणारा पदार्थ चरबीच्या तळाशी मिसळला पाहिजे). इमल्सीफायर (स्थिर पाणी-चरबीचे द्रावण तयार करण्यास परवानगी देणे) जोडणे नेहमीच अनुकूल काम करत नाही. म्हणून, सौंदर्यप्रसाधने प्रयोगशाळा डेंड्रिमर्सची क्षमता कन्व्हेयर म्हणून वापरण्याचा प्रयत्न करीत आहेत जे सहजपणे गरजेनुसार जुळवून घेऊ शकतात. पीक संरक्षण रसायन उद्योगाला अशाच समस्यांचा सामना करावा लागतो. पुन्हा, अनेकदा नॉन-पोलर कीटकनाशक पाण्यात मिसळणे आवश्यक आहे. डेंड्रिमर्स कनेक्शन सुलभ करतात आणि त्याव्यतिरिक्त, हळूहळू आतून रोगजनक सोडतात, विषारी पदार्थांचे प्रमाण कमी करतात. दुसरा अनुप्रयोग म्हणजे धातूच्या चांदीच्या नॅनोकणांवर प्रक्रिया करणे, जे सूक्ष्मजंतू नष्ट करण्यासाठी ओळखले जातात. अनुवांशिक अभ्यासामध्ये लस आणि डीएनए तुकड्यांमधील प्रतिजन वाहून नेण्यासाठी डेंड्रिमरच्या वापरावरही संशोधन सुरू आहे. अधिक शक्यता आहेत, आपल्याला फक्त आपली कल्पनाशक्ती वापरण्याची आवश्यकता आहे.
बादल्या
ग्लुकोज हे सजीव जगात सर्वाधिक मुबलक सेंद्रिय संयुग आहे. असा अंदाज आहे की दरवर्षी 100 अब्ज टन इतके उत्पादन केले जाते! जीव प्रकाशसंश्लेषणाचे मुख्य उत्पादन वेगवेगळ्या प्रकारे वापरतात. ग्लुकोज हा पेशींमध्ये ऊर्जेचा स्त्रोत आहे, राखीव सामग्री (भाजीपाला स्टार्च आणि प्राणी ग्लायकोजेन) आणि इमारत सामग्री (सेल्युलोज) म्हणून कार्य करते. एकोणिसाव्या आणि विसाव्या शतकाच्या शेवटी, जिवाणू एंझाइम (संक्षिप्त KD) च्या क्रियेद्वारे स्टार्चच्या आंशिक विघटनाची उत्पादने ओळखली गेली. नावाप्रमाणेच, हे चक्रीय किंवा रिंग संयुगे आहेत:
त्यामध्ये सहा (व्हेरिएंट ए-सीडी), सात (बी-सीडी) किंवा आठ (जी-सीडी) ग्लुकोज रेणू असतात, जरी मोठ्या रिंग देखील ओळखल्या जातात. (3). परंतु काही जीवाणूंची चयापचय उत्पादने इतकी मनोरंजक का आहेत की त्यांना "यंग टेक्निकल स्कूल" मध्ये स्थान दिले जाते?
3. सायक्लोडेक्स्ट्रिनचे मॉडेल. डावीकडून उजवीकडे: a - KD, b - KD, g - KD.
सर्वप्रथम, सायक्लोडेक्स्ट्रिन हे पाण्यात विरघळणारे संयुगे आहेत, जे आश्चर्यचकित होऊ नयेत - ते तुलनेने लहान आहेत आणि त्यात अत्यंत विरघळणारे ग्लुकोज (स्टार्च द्रावण तयार करण्यासाठी खूप मोठे कण बनवतात, परंतु निलंबित केले जाऊ शकतात). दुसरे म्हणजे, असंख्य OH गट आणि ग्लुकोज ऑक्सिजन अणू इतर रेणूंना बांधण्यास सक्षम आहेत. तिसरे म्हणजे, सायक्लोडेक्स्ट्रिन स्वस्त आणि उपलब्ध स्टार्चपासून (सध्या दरवर्षी हजारो टनांच्या प्रमाणात) साध्या जैवतंत्रज्ञान प्रक्रियेद्वारे मिळवले जातात. चौथे, ते पूर्णपणे गैर-विषारी पदार्थ राहतात. आणि, शेवटी, सर्वात मूळ म्हणजे त्यांचे स्वरूप (जे तुम्ही, वाचकाने, ही संयुगे वापरताना सुचवावे): एक तळहीन बादली, म्हणजे. सायक्लोडेक्स्ट्रिन इतर पदार्थ वाहून नेण्यासाठी योग्य आहेत (मोठ्या छिद्रातून गेलेला रेणू बाहेर पडणार नाही). तळाशी कंटेनर, आणि शिवाय, ते आंतरपरमाणू शक्तींनी बांधलेले आहे). त्यांच्या आरोग्यास हानीकारक नसल्यामुळे, ते औषधे आणि खाद्यपदार्थांमध्ये घटक म्हणून वापरले जाऊ शकतात.
तथापि, सायक्लोडेक्स्ट्रिनचा पहिला वापर, वर्णनानंतर लवकरच शोधला गेला, ही उत्प्रेरक क्रिया होती. योगायोगाने असे दिसून आले की त्यांच्या सहभागासह काही प्रतिक्रिया वातावरणात या संयुगे नसतानाही पूर्णपणे वेगळ्या पद्धतीने पुढे जातात. याचे कारण म्हणजे सब्सट्रेट रेणू ("अतिथी") बादलीच्या आत येतो ("होस्ट") (4, 5). म्हणून, रेणूचा एक भाग अभिकर्मकांसाठी अगम्य आहे आणि परिवर्तन केवळ त्या ठिकाणी होऊ शकते जे बाहेर पडतात. कृतीची यंत्रणा अनेक एन्झाईम्सच्या क्रियेसारखीच असते, जी रेणूंचे भाग "मुखवटा" देखील बनवते.
4. सायक्लोडेक्स्ट्रिन रेणूचे मॉडेल ज्यामध्ये दुसरा रेणू असतो.
5. त्याच कॉम्प्लेक्सचा आणखी एक देखावा
सायक्लोडेक्स्ट्रिनमध्ये कोणते रेणू साठवले जाऊ शकतात? आत बसेल असे बरेच काही - अतिथी आणि यजमान आकार जुळणे महत्वाचे आहे (कोरोना इथर आणि त्यांच्या डेरिव्हेटिव्ह्जप्रमाणे; गेल्या महिन्याचा लेख पहा) (6). सायक्लोडेक्स्ट्रिनचा हा गुणधर्म
6. सायक्लोडेक्स्ट्रिन दुसर्‍या साखळीवर अडकले
रेणू, म्हणजे रोटॅक्सेन (अधिक तपशील: अंकात
जानेवारी)
पर्यावरणातील संयुगे निवडकपणे कॅप्चर करण्यासाठी त्यांना उपयुक्त बनवते. अशा प्रकारे, प्रतिक्रिया झाल्यानंतर (उदाहरणार्थ, औषधांच्या निर्मितीमध्ये) पदार्थांचे शुद्धीकरण आणि मिश्रणापासून वेगळे केले जाते.
इतर उपयोग? सायकलमधील मागील लेखातील उतारे (एंजाइम आणि ट्रान्सपोर्टर्सचे मॉडेल, केवळ आयनिकच नव्हे - सायक्लोडेक्स्ट्रिन विविध पदार्थांची वाहतूक करतात) आणि डेंड्रिमर (औषधे, सौंदर्यप्रसाधने आणि वनस्पती संरक्षण उत्पादनांमध्ये सक्रिय पदार्थांची वाहतूक) वर्णन करणारा उतारा उद्धृत करणे शक्य होईल. सायक्लोडेक्स्ट्रिन पॅकेजिंगचे फायदे देखील सारखेच आहेत - सर्व काही पाण्यात विरघळते (बहुतेक औषधे, सौंदर्यप्रसाधने आणि कीटकनाशके विपरीत), सक्रिय घटक हळूहळू सोडला जातो आणि जास्त काळ टिकतो (जे लहान डोससाठी परवानगी देते), आणि वापरलेले कंटेनर बायोडिग्रेडेबल आहे (सूक्ष्मजीव लवकर विघटित होतात. ). नैसर्गिक उत्पादन, ते मानवी शरीरात देखील चयापचय केले जाते). पॅकेजमधील सामग्री पर्यावरणापासून देखील संरक्षित केली जाते (संग्रहित रेणूमध्ये प्रवेश कमी केला जातो). सायक्लोडेक्स्ट्रिन्समध्ये ठेवलेल्या वनस्पती संरक्षण उत्पादनांचा एक प्रकार आहे जो वापरण्यासाठी सोयीस्कर आहे. हे बटाट्याच्या पिठासारखे पांढरे पावडर आहे, जे वापरण्यापूर्वी पाण्यात विरघळले जाते. त्यामुळे धोकादायक आणि ज्वलनशील सेंद्रिय सॉल्व्हेंट्स वापरण्याची गरज नाही.
सायक्लोडेक्स्ट्रिनच्या उपयोगांची यादी ब्राउझ करताना, आम्ही त्यात इतर अनेक "स्वाद" आणि "गंध" शोधू शकतो. पूर्वीचा एक सामान्यतः वापरला जाणारा रूपक असला तरी, नंतरचे तुम्हाला आश्चर्यचकित करू शकते. तथापि, रासायनिक बादल्या दुर्गंधी दूर करण्यासाठी आणि इच्छित सुगंध संग्रहित करण्यासाठी आणि सोडण्यासाठी काम करतात. एअर फ्रेशनर्स, गंध शोषक, परफ्यूम आणि सुगंधित कागद ही सायक्लोडेक्स्ट्रिन कॉम्प्लेक्सच्या वापराची काही उदाहरणे आहेत. एक मनोरंजक वस्तुस्थिती अशी आहे की वॉशिंग पावडरमध्ये सायक्लोडेक्स्ट्रिनमध्ये पॅक केलेले स्वादयुक्त संयुगे जोडले जातात. इस्त्री करताना आणि परिधान करताना, सुगंध हळूहळू तुटतो आणि सोडला जातो.
प्रयत्न करण्याची वेळ. "कडू औषध उत्तम बरे करते," पण त्याची चव भयानक असते. तथापि, जर ते सायक्लोडेक्स्ट्रिनसह कॉम्प्लेक्सच्या स्वरूपात प्रशासित केले गेले तर कोणतीही अप्रिय संवेदना होणार नाहीत (पदार्थ चवच्या कळ्यापासून वेगळा केला जातो). सायक्लोडेक्स्ट्रिनच्या मदतीने द्राक्षाच्या रसातील कडूपणा देखील काढून टाकला जातो. लसूण आणि इतर मसाल्यांचे अर्क फ्री फॉर्मपेक्षा कॉम्प्लेक्सच्या स्वरूपात अधिक स्थिर असतात. त्याचप्रमाणे पॅकेज केलेले फ्लेवर्स कॉफी आणि चहाची चव वाढवतात. याव्यतिरिक्त, त्यांच्या अँटीकोलेस्टेरॉल क्रियाकलापांचे निरीक्षण सायक्लोडेक्स्ट्रिनच्या बाजूने बोलते. "खराब" कोलेस्टेरॉलचे कण रासायनिक बकेटमध्ये बांधतात आणि या स्वरूपात शरीरातून बाहेर टाकले जातात. म्हणून सायक्लोडेक्स्ट्रिन, नैसर्गिक उत्पत्तीची उत्पादने देखील स्वतःच आरोग्य आहेत.
