रसायन विज्ञान की जिज्ञासाओं का मंत्रिमंडल - भाग 2

रसायन विज्ञान अनुभाग के पिछले अंक में, केमिकल फ्रीक शो के कई यौगिक प्रस्तुत किए गए थे (श्रृंखला के नाम को देखते हुए, आप निश्चित रूप से स्कूल में उनके बारे में नहीं सीखेंगे)। ये काफी सम्मानित "व्यक्ति" हैं, जिन्हें उनकी असामान्य उपस्थिति के बावजूद, नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था, और कई क्षेत्रों में उनकी संपत्तियों को शायद ही कम करके आंका जा सकता है। इस लेख में, रसायन विज्ञान के क्षेत्र के अगले मूल पात्रों से परिचित होने का समय आ गया है, जो क्राउन ईथर और उनके डेरिवेटिव से कम दिलचस्प नहीं हैं।

रासायनिक पेड़

पोडैंड्स, अणु के मध्य भाग से जुड़ी लंबी श्रृंखलाओं वाले यौगिकों ने पदार्थों के एक नए वर्ग को जन्म दिया है (पिछले महीने के लेख में "रासायनिक ऑक्टोपस" पर अधिक)। रसायनज्ञों ने "तम्बू" की संख्या बढ़ाने का निर्णय लिया। ऐसा करने के लिए, प्रतिक्रिया करने में सक्षम परमाणुओं के समूह में समाप्त होने वाली प्रत्येक भुजा में, एक और अणु जोड़ा गया, जो संबंधित समूहों (दो या अधिक) में समाप्त होता है; मुद्दा उन साइटों की संख्या में वृद्धि करना है जिन्हें अन्य कणों के साथ जोड़ा जा सकता है ). अधिक अणुओं ने इसके साथ प्रतिक्रिया की, फिर और अधिक, इत्यादि। संपूर्ण सिस्टम के आकार में वृद्धि को चित्र द्वारा दर्शाया गया है:

रसायनज्ञों ने नए यौगिकों को पेड़ों की बढ़ती शाखाओं से जोड़ा, इसलिए इसे डेंड्रिमेरिया नाम दिया गया (ग्रीक डेंड्रोन = पेड़, मेरोस = भाग से)। प्रारंभ में, इसने "आर्बरोले" (यह लैटिन है, जहां आर्बर का अर्थ पेड़ भी है) या "कैस्केडिंग कण" शब्दों के साथ प्रतिस्पर्धा की। हालाँकि लेखक जेलीफ़िश या निष्क्रिय एनीमोन के उलझे हुए तम्बू की तरह दिखता है, खोजकर्ताओं को, निश्चित रूप से, नामों का अधिकार है। फ्रैक्टल संरचनाओं के साथ डेंड्रिमर्स का जुड़ाव भी एक महत्वपूर्ण अवलोकन है।

1. मूल डेंड्रिमर्स में से एक का मॉडल

शाखा विकास चरण

डेंड्रिमर अनिश्चित काल तक नहीं बढ़ सकते (1). शाखाओं की संख्या तेजी से बढ़ती है, और एक गोलाकार द्रव्यमान की सतह पर नए अणुओं के जुड़ाव के कुछ से दस चरणों के बाद, मुक्त स्थान समाप्त हो जाता है (संपूर्ण नैनोमीटर आयाम तक पहुंचता है; एक नैनोमीटर एक मीटर का एक अरबवां हिस्सा है)। दूसरी ओर, डेंड्रिमर के गुणों में हेर-फेर करने की संभावनाएं लगभग असीम हैं। सतह पर मौजूद टुकड़े हाइड्रोफिलिक हो सकते हैं ("जल-प्रेमी", यानी पानी और ध्रुवीय सॉल्वैंट्स के लिए एक आकर्षण होना) या हाइड्रोफोबिक ("पानी से बचना", लेकिन गैर-ध्रुवीय तरल पदार्थों के संपर्क में आने की संभावना, उदाहरण के लिए, अधिकांश कार्बनिक सॉल्वैंट्स)। सॉल्वैंट्स)। इसी प्रकार, एक अणु का आंतरिक भाग प्रकृति में ध्रुवीय या गैर-ध्रुवीय हो सकता है। डेंड्रिमर की सतह के नीचे, अलग-अलग शाखाओं के बीच, मुक्त स्थान होते हैं जिनमें चयनित पदार्थों को पेश किया जा सकता है (संश्लेषण के स्तर पर या बाद में, उन्हें सतह समूहों से भी जोड़ा जा सकता है)। इसलिए, रासायनिक पेड़ों के बीच, हर किसी को अपनी जरूरतों के लिए कुछ उपयुक्त मिलेगा। और आप, पाठक, इस लेख को अंत तक पढ़ने से पहले, इस बारे में सोचें कि आप अणुओं का क्या उपयोग कर सकते हैं, जिसके लिए उनकी संरचना के अनुसार, किसी भी वातावरण में "आरामदायक" होगा, और अन्य पदार्थ क्या हो सकते हैं?

बेशक, चयनित यौगिकों के परिवहन और उनकी सामग्री की सुरक्षा के लिए कंटेनर के रूप में। (2). ये डेंड्रिमर्स के मुख्य अनुप्रयोग हैं। हालाँकि उनमें से अधिकांश अभी भी अनुसंधान चरण में हैं, उनमें से कुछ को पहले से ही व्यवहार में लागू किया जा रहा है। डेंड्रिमर शरीर के जलीय वातावरण में दवाओं के परिवहन के लिए उत्कृष्ट हैं। कुछ दवाओं को शरीर के तरल पदार्थों में घुलने के लिए विशेष रूप से संशोधित करने की आवश्यकता होती है - कन्वेयर के उपयोग से इन परिवर्तनों से बचा जा सकेगा (वे दवा की प्रभावशीलता पर प्रतिकूल प्रभाव डाल सकते हैं)। इसके अलावा, सक्रिय पदार्थ धीरे-धीरे कैप्सूल के भीतर से निकलता है, जिसका अर्थ है कि खुराक को कम किया जा सकता है और कम बार लिया जा सकता है। डेंड्रिमर की सतह पर विभिन्न अणुओं का जुड़ाव इस तथ्य की ओर ले जाता है कि उन्हें केवल व्यक्तिगत अंगों की कोशिकाओं द्वारा ही पहचाना जाता है। यह, बदले में, पूरे शरीर को अनावश्यक दुष्प्रभावों के संपर्क में लाए बिना, उदाहरण के लिए, कैंसर-रोधी चिकित्सा में, दवा को सीधे उसके गंतव्य तक ले जाने की अनुमति देता है।

2. एक अन्य अणु वाले डेंड्रिमर का मॉडल

(ऊपर)

सौंदर्य प्रसाधन पानी और वसा दोनों के आधार पर बनाए जाते हैं। हालाँकि, अक्सर सक्रिय पदार्थ वसा में घुलनशील होता है, और कॉस्मेटिक उत्पाद एक जलीय घोल के रूप में होता है (और इसके विपरीत: पानी में घुलनशील पदार्थ को वसा आधार के साथ मिलाया जाना चाहिए)। इमल्सीफायर्स को शामिल करना (एक स्थिर जल-वसा समाधान के निर्माण की अनुमति देना) हमेशा अनुकूल रूप से काम नहीं करता है। इसलिए, सौंदर्य प्रसाधन प्रयोगशालाएं डेंड्रिमर्स की क्षमता को ऐसे कन्वेयर के रूप में उपयोग करने का प्रयास कर रही हैं जिन्हें आसानी से जरूरतों के अनुसार अनुकूलित किया जा सकता है। फसल सुरक्षा रसायन उद्योग को भी ऐसी ही समस्याओं का सामना करना पड़ता है। फिर, गैर-ध्रुवीय कीटनाशक को पानी के साथ मिलाना अक्सर आवश्यक होता है। डेंड्रिमर्स कनेक्शन को सुविधाजनक बनाते हैं और इसके अलावा, धीरे-धीरे रोगज़नक़ को अंदर से मुक्त करते हैं, विषाक्त पदार्थों की मात्रा को कम करते हैं। एक अन्य अनुप्रयोग धातु चांदी के नैनोकणों का प्रसंस्करण है, जो रोगाणुओं को नष्ट करने के लिए जाने जाते हैं। आनुवंशिक अध्ययनों में टीकों और डीएनए टुकड़ों में एंटीजन के परिवहन के लिए डेंड्रिमर्स के उपयोग पर भी शोध चल रहा है। संभावनाएं और भी हैं, आपको बस अपनी कल्पना का उपयोग करने की आवश्यकता है।

बाल्टी

ग्लूकोज सजीव जगत में सबसे प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला कार्बनिक यौगिक है। अनुमान है कि इसका उत्पादन प्रतिवर्ष 100 अरब टन की मात्रा में होता है! जीव प्रकाश संश्लेषण के मुख्य उत्पाद का उपयोग विभिन्न तरीकों से करते हैं। ग्लूकोज कोशिकाओं में ऊर्जा का एक स्रोत है, एक आरक्षित सामग्री (वनस्पति स्टार्च और पशु ग्लाइकोजन) और निर्माण सामग्री (सेलूलोज़) के रूप में कार्य करता है। उन्नीसवीं और बीसवीं शताब्दी के मोड़ पर, जीवाणु एंजाइमों (संक्षिप्त रूप में केडी) की कार्रवाई से स्टार्च के आंशिक टूटने के उत्पादों की पहचान की गई थी। जैसा कि नाम से पता चलता है, ये चक्रीय या वलय यौगिक हैं:

इनमें छह (संस्करण ए-सीडी), सात (बी-सीडी) या आठ (जी-सीडी) ग्लूकोज अणु होते हैं, हालांकि बड़े छल्ले भी ज्ञात होते हैं। (3). लेकिन कुछ बैक्टीरिया के चयापचय उत्पाद इतने दिलचस्प क्यों हैं कि उन्हें "यंग टेक्निकल स्कूल" में जगह दी गई है?

3. साइक्लोडेक्सट्रिन के मॉडल। बाएं से दाएं: ए - केडी, बी - केडी, जी - केडी।

सबसे पहले, साइक्लोडेक्सट्रिन पानी में घुलनशील यौगिक हैं, जो एक आश्चर्य के रूप में नहीं आना चाहिए - वे अपेक्षाकृत छोटे होते हैं और अत्यधिक घुलनशील ग्लूकोज से युक्त होते हैं (स्टार्च एक समाधान बनाने के लिए बहुत बड़े कण बनाता है, लेकिन निलंबित किया जा सकता है)। दूसरे, कई ओएच समूह और ग्लूकोज ऑक्सीजन परमाणु अन्य अणुओं को बाँधने में सक्षम हैं। तीसरा, सस्ते और उपलब्ध स्टार्च (वर्तमान में प्रति वर्ष हजारों टन की मात्रा में) से एक सरल जैव प्रौद्योगिकी प्रक्रिया द्वारा साइक्लोडेक्सट्रिन प्राप्त किया जाता है। चौथा, ये पूरी तरह से गैर विषैले पदार्थ रहते हैं। और, अंत में, सबसे मूल उनका रूप है (जो आपको, पाठक को, इन यौगिकों का उपयोग करते समय सुझाव देना चाहिए): एक अथाह बाल्टी, यानी। साइक्लोडेक्सट्रिन अन्य पदार्थों को ले जाने के लिए उपयुक्त हैं (एक अणु जो एक बड़े छेद से होकर गुजरा है वह बाहर नहीं गिरेगा)। तल पर कंटेनर, और, इसके अलावा, यह अंतर-परमाणु बलों द्वारा बंधा हुआ है)। स्वास्थ्य के प्रति उनकी अहानिकरता के कारण, उन्हें दवाओं और खाद्य पदार्थों में एक घटक के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है।

हालाँकि, विवरण के तुरंत बाद खोजा गया साइक्लोडेक्सट्रिन का पहला उपयोग उत्प्रेरक गतिविधि था। यह संयोग से निकला कि उनकी भागीदारी के साथ कुछ प्रतिक्रियाएं पर्यावरण में इन यौगिकों की अनुपस्थिति की तुलना में पूरी तरह से अलग तरीके से आगे बढ़ती हैं। इसका कारण यह है कि सब्सट्रेट अणु ("अतिथि") बाल्टी ("मेज़बान") के अंदर चला जाता है (4, 5). इसलिए, अणु का एक भाग अभिकर्मकों के लिए दुर्गम है, और परिवर्तन केवल उन्हीं स्थानों पर हो सकता है जो उभरे हुए हैं। क्रिया का तंत्र कई एंजाइमों की क्रिया के समान है, जो अणुओं के कुछ हिस्सों को "मुखौटा" भी देते हैं।

4. एक साइक्लोडेक्सट्रिन अणु का मॉडल जिसमें एक अन्य अणु होता है।

5. उसी परिसर पर एक और नजर

साइक्लोडेक्सट्रिन के अंदर कौन से अणु संग्रहीत किए जा सकते हैं? लगभग कुछ भी जो अंदर फिट होगा - अतिथि और मेजबान के आकार का मिलान महत्वपूर्ण है (जैसा कि कोरोना ईथर और उनके डेरिवेटिव के साथ होता है; पिछले महीने का लेख देखें) (6). साइक्लोडेक्सट्रिन की यह संपत्ति

6. साइक्लोडेक्सट्रिन एक अन्य श्रृंखला पर बंधा हुआ है

अणु, यानी रोटाक्सेन (अधिक विवरण: अंक में

जनवरी)

उन्हें पर्यावरण से चुनिंदा यौगिकों को पकड़ने के लिए उपयोगी बनाता है। इस प्रकार, प्रतिक्रिया के बाद पदार्थों को शुद्ध किया जाता है और मिश्रण से अलग किया जाता है (उदाहरण के लिए, दवाओं के निर्माण में)।

अन्य उपयोग? चक्र में पिछले लेख के अंशों का हवाला देना संभव होगा (एंजाइमों और ट्रांसपोर्टरों के मॉडल, न केवल आयनिक वाले - साइक्लोडेक्सट्रिन विभिन्न पदार्थों का परिवहन करते हैं) और डेंड्रिमर्स (दवाओं, सौंदर्य प्रसाधनों और पौधों के संरक्षण उत्पादों में सक्रिय पदार्थों का परिवहन) का वर्णन करने वाला एक अंश। साइक्लोडेक्सट्रिन पैकेजिंग के लाभ भी समान हैं - सब कुछ पानी में घुल जाता है (अधिकांश दवाओं, सौंदर्य प्रसाधन और कीटनाशकों के विपरीत), सक्रिय संघटक धीरे-धीरे जारी होता है और लंबे समय तक रहता है (जो छोटी खुराक की अनुमति देता है), और इस्तेमाल किया गया कंटेनर बायोडिग्रेडेबल है (सूक्ष्मजीव जल्दी से विघटित हो जाते हैं) ). प्राकृतिक उत्पाद, यह मानव शरीर में भी चयापचय होता है)। पैकेज की सामग्री पर्यावरण से भी सुरक्षित है (संग्रहीत अणु तक कम पहुंच)। साइक्लोडेक्सट्रिन में रखे गए पौध संरक्षण उत्पादों का एक रूप है जो उपयोग के लिए सुविधाजनक है। यह आलू के आटे के समान एक सफेद पाउडर है, जो उपयोग से पहले पानी में घुल जाता है। इसलिए, खतरनाक और ज्वलनशील कार्बनिक सॉल्वैंट्स का उपयोग करने की कोई आवश्यकता नहीं है।

साइक्लोडेक्सट्रिन के उपयोगों की सूची ब्राउज़ करते समय, हम इसमें कई अन्य "स्वाद" और "गंध" पा सकते हैं। जबकि पहला आमतौर पर इस्तेमाल किया जाने वाला रूपक है, बाद वाला आपको आश्चर्यचकित कर सकता है। हालाँकि, रासायनिक बाल्टियाँ खराब गंध को दूर करने और वांछित सुगंधों को संग्रहित करने और छोड़ने का काम करती हैं। एयर फ्रेशनर, गंध अवशोषक, इत्र और सुगंधित कागज साइक्लोडेक्सट्रिन कॉम्प्लेक्स के उपयोग के कुछ उदाहरण हैं। एक दिलचस्प तथ्य यह है कि साइक्लोडेक्सट्रिन में पैक किए गए स्वाद बढ़ाने वाले यौगिकों को वाशिंग पाउडर में मिलाया जाता है। इस्त्री करने और पहनने के दौरान, सुगंध धीरे-धीरे टूट जाती है और निकल जाती है।

प्रयास करने का समय. "कड़वी दवा सबसे अच्छा इलाज करती है," लेकिन इसका स्वाद भयानक होता है। हालाँकि, अगर इसे साइक्लोडेक्सट्रिन के साथ एक कॉम्प्लेक्स के रूप में प्रशासित किया जाता है, तो कोई अप्रिय उत्तेजना नहीं होगी (पदार्थ स्वाद कलिकाओं से अलग हो जाता है)। साइक्लोडेक्सट्रिन की मदद से अंगूर के रस की कड़वाहट भी दूर हो जाती है। लहसुन और अन्य मसालों के अर्क मुक्त रूप की तुलना में कॉम्प्लेक्स के रूप में अधिक स्थिर होते हैं। इसी तरह पैकेज्ड फ्लेवर कॉफी और चाय का स्वाद बढ़ा देते हैं। इसके अलावा, उनकी एंटीकोलेस्ट्रोल गतिविधि का अवलोकन साइक्लोडेक्सट्रिन के पक्ष में बोलता है। "खराब" कोलेस्ट्रॉल के कण रासायनिक बाल्टी के अंदर बंध जाते हैं और इस रूप में शरीर से बाहर निकल जाते हैं। तो प्राकृतिक उत्पत्ति के उत्पाद साइक्लोडेक्सट्रिन भी स्वयं स्वास्थ्य हैं।