Gabinete de Curiosidades Químicas - Parte 2

Na edição anterior da seção de química, vários compostos do freak show químico foram apresentados (a julgar pelo nome da série, você definitivamente não aprenderá sobre eles na escola). Estas são "pessoas" bastante respeitáveis ​​que, apesar de sua aparência incomum, receberam o Prêmio Nobel, e suas propriedades em várias áreas dificilmente podem ser superestimadas. Neste artigo, é hora de se familiarizar com os próximos personagens originais do reino da química, não menos interessantes que os éteres da coroa e seus derivados.

árvores químicas

Podands, compostos com longas cadeias ligadas à parte central da molécula, deram origem a uma nova classe de substâncias (mais sobre "polvos químicos" no artigo do mês passado). Os químicos decidiram aumentar o número de "tentáculos". Para isso, a cada um dos braços que terminam em um grupo de átomos capazes de reagir, foi adicionada outra molécula, terminando nos grupos correspondentes (dois ou mais; a questão é aumentar o número de sítios que poderiam ser combinados com outras partículas). ). Mais moléculas reagiram com ele, depois mais, e assim por diante. O aumento no tamanho de todo o sistema é ilustrado pelo diagrama:

Os químicos ligaram os novos compostos aos ramos crescentes das árvores, daí o nome dendrimeria (do grego dendron = árvore, meros = parte). Inicialmente, competia com os termos "arborole" (isto é latim, onde arbor também significa árvore) ou "partículas em cascata". Embora o autor se pareça mais com os tentáculos emaranhados de águas-vivas ou anêmonas inativas, os descobridores, é claro, têm direito a nomes. A associação de dendrímeros com estruturas fractais também é uma observação importante.

1. Modelo de um dos dendrímeros originais

estágio de crescimento do ramo

Dendrímeros não podem crescer indefinidamente (1). O número de ramificações cresce exponencialmente e, após alguns a dez estágios de fixação de novas moléculas na superfície de uma massa esférica, o espaço livre termina (o todo atinge dimensões nanométricas; um nanômetro é um bilionésimo de metro). Por outro lado, as possibilidades de manipulação das propriedades do dendrímero são quase ilimitadas. As porções presentes na superfície podem ser hidrofílicas ("amantes da água", ou seja, tendo afinidade com a água e solventes polares) ou hidrofóbicas ("evitando a água", mas propensas a entrar em contato com líquidos não polares, por exemplo, a maioria dos solventes orgânicos). solventes). Da mesma forma, o interior de uma molécula pode ser de natureza polar ou apolar. Sob a superfície do dendrímero, entre as ramificações individuais, existem espaços livres nos quais as substâncias selecionadas podem ser introduzidas (na fase de síntese ou posteriormente, elas também podem ser ligadas a grupos de superfície). Portanto, entre as árvores químicas, todos encontrarão algo adequado às suas necessidades. E você, leitor, antes de ler este artigo até o fim, pense no que pode usar moléculas que, por sua estrutura, ficarão “confortáveis” em qualquer ambiente, e que outras substâncias podem conter?

Claro, como recipientes para transportar compostos selecionados e proteger seu conteúdo. (2). Estas são as principais aplicações dos dendrímeros. Embora a maioria deles ainda esteja em fase de pesquisa, alguns deles já estão sendo aplicados na prática. Os dendrímeros são excelentes para o transporte de drogas no ambiente aquático do corpo. Alguns medicamentos precisam ser especialmente modificados para se dissolverem nos fluidos corporais - o uso de transportadores evitará essas transformações (eles podem afetar adversamente a eficácia do medicamento). Além disso, a substância ativa é liberada lentamente de dentro da cápsula, o que significa que as doses podem ser reduzidas e tomadas com menos frequência. A fixação de várias moléculas à superfície do dendrímero leva ao fato de que elas são reconhecidas apenas por células de órgãos individuais. Isso, por sua vez, permite que o medicamento seja transportado diretamente ao seu destino, sem expor todo o corpo a efeitos colaterais desnecessários, por exemplo, na terapia anticâncer.

2. Modelo de um dendrímero contendo outra molécula

(topo)

Os cosméticos são criados à base de água e gorduras. No entanto, muitas vezes a substância ativa é solúvel em gordura e o produto cosmético está na forma de uma solução aquosa (e vice-versa: a substância solúvel em água deve ser misturada com a base gordurosa). A adição de emulsificantes (permitindo a formação de uma solução água-gordura estável) nem sempre funciona favoravelmente. Portanto, os laboratórios de cosméticos estão tentando usar o potencial dos dendrímeros como transportadores que podem ser facilmente adaptados às necessidades. A indústria de defensivos agrícolas enfrenta problemas semelhantes. Novamente, muitas vezes é necessário misturar o pesticida não polar com água. Os dendrímeros facilitam a conexão e, além disso, liberando gradualmente o patógeno de dentro, reduzem a quantidade de substâncias tóxicas. Outra aplicação é o processamento de nanopartículas de prata metálica, que são conhecidas por destruir micróbios. Também estão em andamento pesquisas sobre o uso de dendrímeros para transportar antígenos em vacinas e fragmentos de DNA em estudos genéticos. Há mais possibilidades, você só precisa usar sua imaginação.

Baldes

A glicose é o composto orgânico mais abundante no mundo vivo. Estima-se que seja produzido anualmente no valor de 100 bilhões de toneladas! Os organismos usam o principal produto da fotossíntese de diferentes maneiras. A glicose é uma fonte de energia nas células, serve como material de reserva (amido vegetal e glicogênio animal) e material de construção (celulose). Na virada dos séculos XIX e XX, produtos da quebra parcial do amido pela ação de enzimas bacterianas (abreviado KD) foram identificados. Como o nome sugere, estes são compostos cíclicos ou em anel:

Eles consistem em seis (variante a-CD), sete (b-CD) ou oito (g-CD) moléculas de glicose, embora anéis maiores também sejam conhecidos. (3). Mas por que os produtos metabólicos de algumas bactérias são tão interessantes que recebem um lugar na "Jovem Escola Técnica"?

3. Modelos de ciclodextrinas. Da esquerda para a direita: a - KD, b - KD, g - KD.

Em primeiro lugar, as ciclodextrinas são compostos solúveis em água, o que não deveria ser uma surpresa - eles são relativamente pequenos e consistem em glicose altamente solúvel (o amido forma partículas muito grandes para formar uma solução, mas pode ser suspenso). Em segundo lugar, numerosos grupos OH e átomos de oxigênio da glicose são capazes de ligar outras moléculas. Em terceiro lugar, as ciclodextrinas são obtidas por um processo biotecnológico simples a partir de amido barato e disponível (atualmente na ordem de milhares de toneladas por ano). Quarto, eles permanecem substâncias completamente não tóxicas. E, finalmente, o mais original é a sua forma (que você, Leitor, deve sugerir ao usar esses compostos): Um balde sem fundo, ou seja, as ciclodextrinas são adequadas para transportar outras substâncias (uma molécula que passou por um orifício maior não cairá). recipiente na parte inferior e, além disso, é limitado por forças interatômicas). Por serem inofensivos à saúde, podem ser utilizados como ingrediente em medicamentos e alimentos.

No entanto, o primeiro uso das ciclodextrinas, descoberto logo após a descrição, foi a atividade catalítica. Descobriu-se por acaso que algumas reações com sua participação ocorrem de maneira completamente diferente do que na ausência desses compostos no meio ambiente. A razão é que a molécula do substrato ("convidado") entra no balde ("hospedeiro") (4, 5). Portanto, uma parte da molécula é inacessível aos reagentes, e a transformação pode ocorrer apenas nos locais que se projetam. O mecanismo de ação é semelhante à ação de muitas enzimas, que também "mascaram" partes das moléculas.

4. Modelo de uma molécula de ciclodextrina contendo outra molécula.

5. Outra olhada no mesmo complexo

Quais moléculas podem ser armazenadas dentro das ciclodextrinas? Praticamente qualquer coisa que caiba dentro - a correspondência de tamanho de convidado e host é crucial (como com éteres corona e seus derivados; veja o artigo do mês passado) (6). Esta propriedade das ciclodextrinas

6. Ciclodextrina amarrada em outra cadeia

moléculas, ou seja, rotaxano (mais detalhes: na edição

Janeiro)

os torna úteis para a captura seletiva de compostos do meio ambiente. Assim, as substâncias são purificadas e separadas da mistura após a reação (por exemplo, na fabricação de medicamentos).

Outro uso? Seria possível citar trechos do artigo anterior do ciclo (modelos de enzimas e transportadores, não apenas iônicos - as ciclodextrinas transportam diversas substâncias) e um trecho descrevendo dendrímeros (transportadores de substâncias ativas em medicamentos, cosméticos e fitofarmacêuticos). As vantagens da embalagem da ciclodextrina também são semelhantes - tudo se dissolve na água (ao contrário da maioria dos medicamentos, cosméticos e pesticidas), a substância ativa é liberada gradualmente e dura mais tempo (o que permite doses menores) e o recipiente usado é biodegradável (os microrganismos se decompõem rapidamente ). produto natural, também é metabolizado no corpo humano). O conteúdo da embalagem também é protegido do meio ambiente (acesso reduzido à molécula armazenada). Os produtos fitofarmacêuticos colocados nas ciclodextrinas têm uma forma conveniente de usar. É um pó branco, semelhante à farinha de batata, que é dissolvido em água antes do uso. Portanto, não há necessidade de usar solventes orgânicos perigosos e inflamáveis.

Ao navegar pela lista de usos da ciclodextrina, podemos encontrar vários outros "sabores" e "cheiros" nela. Enquanto a primeira é uma metáfora comumente usada, a segunda pode surpreendê-lo. No entanto, os baldes químicos servem para remover maus odores e para armazenar e liberar os aromas desejados. Ambientadores, absorventes de odores, perfumes e papéis perfumados são apenas alguns exemplos do uso de complexos de ciclodextrina. Um fato interessante é que os compostos aromatizantes embalados em ciclodextrinas são adicionados aos pós de lavagem. Durante o engomar e o uso, a fragrância é gradualmente decomposta e libertada.

Hora de tentar. "Um remédio amargo cura melhor", mas tem um gosto terrível. No entanto, se for administrado na forma de um complexo com ciclodextrina, não haverá sensações desagradáveis ​​(a substância é isolada das papilas gustativas). A amargura do suco de toranja também é removida com a ajuda de ciclodextrinas. Os extratos de alho e outras especiarias são muito mais estáveis ​​na forma de complexos do que na forma livre. Sabores embalados da mesma forma realçam o sabor do café e do chá. Além disso, a observação de sua atividade anticolesterol fala a favor das ciclodextrinas. Partículas de colesterol "ruim" se ligam dentro do balde químico e são excretadas do corpo nesta forma. Então as ciclodextrinas, produtos de origem natural, também são a própria saúde.