化學珍品櫃 - 第 2 部分

化學部分的前一集介紹了化學怪胎秀中的幾種化合物（從該系列的標題來看，你肯定不會在學校學到它們）。 這些都是頗受尊敬的“人”，儘管外表不同尋常，但卻獲得了諾貝爾獎，他們在許多領域的成就都不容小覷。 在本文中，是時候熟悉化學王國的下一個原創角色了，它們有趣的程度不亞於冠醚及其衍生物。

化學樹

豆莢是一種附著在分子中心部分的長鏈化合物，它產生了一類新的物質（更多關於「化學章魚」的內容請參見上個月的文章）。 化學家決定增加「觸手」的數量。 為此，向每個以能夠反應的原子團結尾的臂添加另一個分子，以相應的基團結尾（兩個或更多；重點是增加可以與其他粒子連接的部分的數量） 。 更多的分子與之發生反應，然後更多，依此類推。 整個系統規模的增加用圖來說明：

化學家將這些新化合物與生長的樹枝聯繫起來，因此被命名為 dendrimerium（源自希臘語 dendron = 樹，meros = 部分）。 它最初與術語“arborola”（這是拉丁語，其中 arbor 也意味著木材）或“級聯顆粒”競爭。 雖然作者看起來更像是水母或靜止不動的海葵糾纏的觸手，但發現者當然擁有命名權。 樹枝狀聚合物與分形結構的關聯也是重要的觀察。

1. 原始樹枝狀聚合物之一的模型

枝條生長階段

樹枝狀聚合物不能無限生長 (1). 分支的數量呈指數增長，新分子在球體表面附著幾到十個階段後，自由空間結束（整體達到納米尺寸；納米是十億分之一米）。 另一方面，操縱樹狀聚合物性質的可能性幾乎是無限的。 表面上的碎片可以是親水的（“親水”，即對水和極性溶劑具有親和力）或疏水的（“避水”，但容易與非極性液體接觸，例如，大多數有機物溶劑）。 溶劑）。 類似地，分子的內部本質上可以是極性的或非極性的。 在樹枝狀聚合物的表面之下，在各個分支之間，存在可以引入選定物質的自由空間（在合成階段或之後，它們也可以連接到表面基團）。 因此，在化學樹中，每個人都會找到適合自己需要的東西。 而你，讀者，在你讀完這篇文章之前，想一想你可以使用什麼分子，根據它們的結構，在任何環境中都會“舒適”，以及其他什麼物質可以包含？

當然，作為運輸選定化合物並保護其內容物的容器。 (2)。 這些是樹枝狀聚合物的主要應用。 儘管它們大多仍處於研究階段，但其中一些已經投入實踐。 樹枝狀聚合物非常適合在體內水環境中運輸藥物。 有些藥物必須經過特殊改造才能溶解在體液中 - 使用輸送機將避免這些轉變（它們會對藥物的有效性產生負面影響）。 此外，活性物質從膠囊內部緩慢釋放，這意味著可以減少劑量並減少服用頻率。 各種分子附著在樹枝狀聚合物的表面，導致它們只能被某些器官的細胞辨識。 反過來，這使得藥物能夠直接運輸到目的地，而不會使整個身體遭受不必要的副作用，例如在抗癌治療中。

2. 含有另一個分子的樹枝狀聚合物的模型

（多於）

化妝品是基於水和脂肪製造的。 然而，通常活性物質是脂溶性的，而化妝品是水溶液的形式（反之亦然：水溶性物質必須與脂肪基質混合）。 添加乳化劑（形成穩定的水脂溶液）並不總是有效。 因此，化妝品公司的實驗室正在嘗試開發樹枝狀聚合物作為可輕鬆適應需求的輸送機的潛力。 作物保護化學工業也面臨類似的問題。 同樣，通常需要將非極性農藥與水混合。 樹枝狀聚合物促進連接，此外，逐漸從內部釋放病原體，減少有毒物質的量。 另一個應用是處理金屬銀奈米粒子，眾所周知，金屬銀奈米粒子可以消滅微生物。 關於使用樹枝狀聚合物運輸疫苗中的抗原和基因研究中的 DNA 片段的研究也在進行中。 還有更多的可能性，你只需要發揮你的想像。

桶

葡萄糖是生命世界中最豐富的有機化合物。 預計每年產量100億噸！ 生物體以不同的方式利用光合作用的主要產物。 葡萄糖是細胞中的能量來源，作為儲備材料（植物澱粉和動物肝醣）和建築材料（纖維素）。 在十九世紀和二十世紀之交，人們發現了澱粉在細菌酶（縮寫為 CD）作用下部分分解的產物。 顧名思義，這些是循環或環形連接：

它們由六個（a-CD變體）、七個（b-CD）或八個（g-CD）葡萄糖分子組成，但也已知更大的環。 (3)。 但為什麼有些細菌的代謝物如此有趣，以至於它們在「青年科技學校」中佔有一席之地？

3.環糊精的模型。 由左至右：a – KD、b – KD、g – KD。

首先，環糊精是水溶性化合物，這不足為奇 - 它們相對較小並且由高度可溶的葡萄糖組成（澱粉形成的顆粒太大而無法形成溶液，但可以懸浮）。 其次，許多 OH 基團和葡萄糖氧原子能夠結合其他分子。 第三，環糊精是通過簡單的生物技術過程從廉價易得的澱粉（目前每年產量為數千噸）中獲得的。 第四，它們仍然是完全無毒的物質。 最後，最原始的是它們的形式（你，讀者，在使用這些化合物時應該建議）：無底桶，即環糊精適合攜帶其他物質（通過較大孔洞的分子不會掉出來）。 底部的容器，而且，它受到原子間力的約束）。 由於它們對健康無害，因此可用作藥物和食品的成分。

然而，環糊精的首次用途是催化活性，在其描述後不久就被發現。 偶然發現，涉及它們的一些反應的進行方式與環境中沒有這些化合物的情況完全不同。 原因是底物分子（「客體」）進入桶子（「宿主」）內 （4，5）。 因此，分子的一部分是試劑無法接觸到的，轉化只能發生在那些向外突出的地方。 其作用機制類似許多酵素的作用，它們也會「掩蓋」部分分子。

4. 含有另一個分子的環糊精分子的模型。

5. 另一個角度看同一個建築群

環糊精內可以儲存哪些分子？ 幾乎任何能裝進去的東西——決定性的一點是客體和宿主尺寸的相互對應（就像冠醚及其衍生物的情況一樣；參見上個月的文章） (6)。 這是環糊精的特性

6. 環糊精串在另一條鏈上

分子，即輪烷（更多詳細資料：在本期

一月）

使它們可用於選擇性捕獲環境中的化合物。 透過這種方式，物質在反應後（例如，在藥物生產中）從混合物中純化和分離。

其他用途？ 可以引用循環中上一篇文章的摘錄（酶和轉運蛋白模型，不僅是離子模型——環糊精轉運各種物質）和描述樹枝狀聚合物（轉運藥物、化妝品和植物保護產品中的活性物質）的摘錄。 環糊精包裝的好處也相似——一切都溶於水（不像大多數藥物、化妝品和殺蟲劑），活性成分逐漸釋放並持續更長時間（允許更小的劑量），並且使用的容器是可生物降解的（微生物快速分解） ). 天然產物，在人體內也有新陳代謝）。 包裝的內容物也受到保護免受環境影響（減少對存儲分子的訪問）。 置於環糊精中的植物保護產品具有使用方便的形式。 它是一種白色粉末，類似於馬鈴薯粉，使用前溶解在水中。 因此，無需使用危險易燃的有機溶劑。

當查看環糊精的用途清單時，我們可以發現列出了其他幾種「風味」和「氣味」。 雖然第一個是經常使用的比喻，但第二個可能會讓您感到驚訝。 然而，化學桶的作用是去除難聞的氣味以及儲存和釋放所需的香氣。 空氣清新劑、氣味吸收劑、香水和香紙只是環糊精複合物用途的幾個例子。 一個有趣的事實是，洗衣粉中添加了包裝在環糊精中的香料化合物。 在熨燙和穿著過程中，香氣逐漸分解並釋放出來。

是時候嘗試一下了。 “良藥苦口”，但味道很糟糕。 然而，如果以與環糊精的複合物形式施用，則不會有不愉快的感覺（該物質與味蕾分離）。 環糊精也可以去除葡萄柚汁的苦味。 大蒜和其他香料的萃取物以複合物的形式比遊離形式穩定得多。 類似包裝的香料可以改善咖啡和茶的味道。 此外，對其抗膽固醇活性的觀察也支持環糊精。 「壞」膽固醇顆粒被束縛在化學桶內，並以這種形式排出體外。 因此，環糊精作為天然來源的產品，本身也是健康的。