Cabinet des Curiosités Chimiques - Partie 2

Dans le numéro précédent de la section chimie, plusieurs composés du Chemical Freak Show ont été présentés (à en juger par le nom de la série, vous ne les apprendrez certainement pas à l'école). Ce sont des "personnes" tout à fait respectables qui, malgré leur apparence inhabituelle, ont reçu le prix Nobel, et leurs propriétés dans un certain nombre de domaines ne peuvent guère être surestimées. Dans cet article, il est temps de faire connaissance avec les prochains personnages originaux du domaine de la chimie, non moins intéressants que les éthers couronnes et leurs dérivés.

arbres chimiques

Les podands, composés à longues chaînes attachées à la partie centrale de la molécule, ont donné naissance à une nouvelle classe de substances (plus d'informations sur les "pieuvres chimiques" dans l'article du mois dernier). Les chimistes ont décidé d'augmenter le nombre de "tentacules". Pour ce faire, à chacun des bras se terminant par un groupe d'atomes capables de réagir, on a ajouté une autre molécule se terminant par les groupes correspondants (deux ou plus ; il s'agit d'augmenter le nombre de sites pouvant être combinés avec d'autres particules ). Plus de molécules ont réagi avec lui, puis plus, et ainsi de suite. L'augmentation de la taille de l'ensemble du système est illustrée par le schéma :

Les chimistes ont lié les nouveaux composés aux branches en croissance des arbres, d'où le nom dendrimeria (du grec dendron = arbre, meros = partie). Au départ, il concurrençait les termes "arborole" (c'est du latin, où tonnelle signifie aussi arbre) ou "particules en cascade". Bien que l'auteur ressemble davantage aux tentacules enchevêtrés de méduses ou d'anémones inactives, les découvreurs ont bien sûr le droit aux noms. L'association de dendrimères avec des structures fractales est également une observation importante.

1. Modèle d'un des dendrimères originaux

stade de croissance des branches

Les dendrimères ne peuvent pas croître indéfiniment (1). Le nombre de branches croît de façon exponentielle, et après quelques à dix étapes d'accrochage de nouvelles molécules à la surface d'une masse sphérique, l'espace libre se termine (l'ensemble atteint des dimensions nanométriques ; un nanomètre est un milliardième de mètre). D'autre part, les possibilités de manipulation des propriétés du dendrimère sont presque illimitées. Les fragments présents sur la surface peuvent être hydrophiles (« épris d'eau », c'est-à-dire ayant une affinité pour l'eau et les solvants polaires) ou hydrophobes (« évitant l'eau », mais susceptibles d'entrer en contact avec des liquides non polaires, par exemple, la plupart des solvants). solvants). De même, l'intérieur d'une molécule peut être de nature polaire ou non polaire. Sous la surface du dendrimère, entre les branches individuelles, il existe des espaces libres dans lesquels des substances sélectionnées peuvent être introduites (au stade de la synthèse ou plus tard, elles peuvent également être attachées à des groupes de surface). Par conséquent, parmi les arbres chimiques, chacun trouvera quelque chose qui correspond à ses besoins. Et vous, le lecteur, avant de lire cet article jusqu'au bout, réfléchissez à ce que vous pouvez utiliser des molécules qui, selon leur structure, seront «confortables» dans n'importe quel environnement, et quelles autres substances peuvent contenir?

Bien sûr, comme conteneurs pour transporter des composés sélectionnés et protéger leur contenu. (2). Ce sont les principales applications des dendrimères. Bien que la plupart d'entre eux soient encore au stade de la recherche, certains d'entre eux sont déjà appliqués dans la pratique. Les dendrimères sont excellents pour transporter les médicaments dans l'environnement aquatique du corps. Certains médicaments doivent être spécialement modifiés pour se dissoudre dans les fluides corporels - l'utilisation de convoyeurs évitera ces transformations (elles peuvent affecter négativement l'efficacité du médicament). De plus, la substance active est lentement libérée de l'intérieur de la capsule, ce qui signifie que les doses peuvent être réduites et prises moins fréquemment. La fixation de diverses molécules à la surface du dendrimère conduit au fait qu'elles ne sont reconnues que par les cellules d'organes individuels. Ceci, à son tour, permet au médicament d'être transporté directement vers sa destination, sans exposer tout le corps à des effets secondaires inutiles, par exemple, dans le traitement anticancéreux.

2. Modèle d'un dendrimère contenant une autre molécule

(Haut)

Les cosmétiques sont créés à base d'eau et de graisses. Cependant, souvent la substance active est liposoluble, et le produit cosmétique se présente sous forme de solution aqueuse (et inversement : la substance hydrosoluble doit être mélangée à la base grasse). L'ajout d'émulsifiants (permettant la formation d'une solution eau-graisse stable) ne fonctionne pas toujours favorablement. Les laboratoires cosmétiques tentent donc d'utiliser le potentiel des dendrimères comme transporteurs facilement adaptables aux besoins. L'industrie des produits chimiques pour la protection des cultures est confrontée à des problèmes similaires. Encore une fois, il est souvent nécessaire de mélanger le pesticide non polaire avec de l'eau. Les dendrimères facilitent la connexion et, en plus, en libérant progressivement l'agent pathogène de l'intérieur, réduisent la quantité de substances toxiques. Une autre application est le traitement des nanoparticules d'argent métallique, connues pour détruire les microbes. Des recherches sont également en cours sur l'utilisation des dendrimères pour transporter les antigènes dans les vaccins et les fragments d'ADN dans les études génétiques. Il y a plus de possibilités, il vous suffit d'utiliser votre imagination.

Seaux

Le glucose est le composé organique le plus abondant dans le monde vivant. On estime qu'il est produit annuellement à hauteur de 100 milliards de tonnes ! Les organismes utilisent le produit principal de la photosynthèse de différentes manières. Le glucose est une source d'énergie dans les cellules, sert de matériau de réserve (amidon végétal et glycogène animal) et de matériau de construction (cellulose). Au tournant des XIXe et XXe siècles, des produits de la dégradation partielle de l'amidon par l'action d'enzymes bactériennes (en abrégé KD) ont été identifiés. Comme son nom l'indique, ce sont des composés cycliques ou cycliques :

Ils se composent de six (variante a-CD), sept (b-CD) ou huit (g-CD) molécules de glucose, bien que des anneaux plus grands soient également connus. (3). Mais pourquoi les produits métaboliques de certaines bactéries sont-ils si intéressants qu'on leur accorde une place à la "Jeune Ecole Technique" ?

3. Modèles de cyclodextrines. De gauche à droite : a - KD, b - KD, g - KD.

Tout d'abord, les cyclodextrines sont des composés hydrosolubles, ce qui ne devrait pas surprendre - ils sont relativement petits et sont constitués de glucose très soluble (l'amidon forme des particules trop grosses pour former une solution, mais peut être mis en suspension). Deuxièmement, de nombreux groupes OH et atomes d'oxygène de glucose sont capables de se lier à d'autres molécules. Troisièmement, les cyclodextrines sont obtenues par un procédé biotechnologique simple à partir d'amidon bon marché et disponible (actuellement en milliers de tonnes par an). Quatrièmement, ils restent des substances totalement non toxiques. Et, enfin, le plus original est leur forme (que vous, le lecteur, devriez suggérer lors de l'utilisation de ces composés) : Un seau sans fond, c'est-à-dire les cyclodextrines conviennent au transport d'autres substances (une molécule qui a traversé un trou plus grand ne tombera pas). conteneur au fond, et, de plus, il est lié par des forces interatomiques). En raison de leur innocuité pour la santé, ils peuvent être utilisés comme ingrédient dans des médicaments et des aliments.

Cependant, la première utilisation des cyclodextrines, découverte peu de temps après la description, était l'activité catalytique. Il s'est avéré par hasard que certaines réactions avec leur participation se déroulent d'une manière complètement différente qu'en l'absence de ces composés dans l'environnement. La raison en est que la molécule de substrat ("invité") pénètre dans le seau ("hôte") (4, 5). Par conséquent, une partie de la molécule est inaccessible aux réactifs et la transformation ne peut se produire qu'aux endroits qui dépassent. Le mécanisme d'action est similaire à l'action de nombreuses enzymes, qui "masquent" également des parties des molécules.

4. Modèle d'une molécule de cyclodextrine contenant une autre molécule.

5. Un autre regard sur le même complexe

Quelles molécules peuvent être stockées dans les cyclodextrines ? À peu près tout ce qui rentre à l'intérieur - la correspondance de la taille de l'invité et de l'hôte est cruciale (comme pour les éthers corona et leurs dérivés ; voir l'article du mois dernier) (6). Cette propriété des cyclodextrines

6. Cyclodextrine enfilée sur une autre chaîne

molécules, à savoir le rotaxane (plus de détails : dans le numéro

Janvier)

les rend utiles pour capturer sélectivement des composés de l'environnement. Ainsi, les substances sont purifiées et séparées du mélange après la réaction (par exemple, dans la fabrication de médicaments).

Autre usage ? On pourrait citer des extraits de l'article précédent du cycle (modèles d'enzymes et de transporteurs, pas seulement ioniques - les cyclodextrines transportent diverses substances) et un extrait décrivant les dendrimères (transportant des substances actives dans les médicaments, les cosmétiques et les produits phytosanitaires). Les avantages des emballages de cyclodextrine sont également similaires - tout se dissout dans l'eau (contrairement à la plupart des médicaments, cosmétiques et pesticides), l'ingrédient actif est libéré progressivement et dure plus longtemps (ce qui permet des doses plus faibles), et le récipient utilisé est biodégradable (les micro-organismes se décomposent rapidement ). produit naturel, il est également métabolisé dans le corps humain). Le contenu de l'emballage est également protégé de l'environnement (accès réduit à la molécule stockée). Les produits phytosanitaires placés dans les cyclodextrines ont une forme pratique d'utilisation. C'est une poudre blanche, semblable à la farine de pomme de terre, qui est dissoute dans l'eau avant utilisation. Par conséquent, il n'est pas nécessaire d'utiliser des solvants organiques dangereux et inflammables.

En parcourant la liste des utilisations de la cyclodextrine, on peut y trouver plusieurs autres "saveurs" et "odeurs". Alors que la première est une métaphore couramment utilisée, la seconde peut vous surprendre. Cependant, les seaux chimiques servent à éliminer les mauvaises odeurs et à stocker et libérer les arômes souhaités. Les désodorisants, les absorbeurs d'odeurs, les parfums et les papiers parfumés ne sont que quelques exemples de l'utilisation des complexes de cyclodextrines. Fait intéressant, des composés aromatisants conditionnés dans des cyclodextrines sont ajoutés aux lessives en poudre. Pendant le repassage et le port, le parfum est progressivement décomposé et libéré.

Il est temps d'essayer. "Un médicament amer guérit mieux", mais il a un goût terrible. Cependant, s'il est administré sous forme de complexe avec de la cyclodextrine, il n'y aura pas de sensations désagréables (la substance est isolée des papilles gustatives). L'amertume du jus de pamplemousse est également éliminée à l'aide de cyclodextrines. Les extraits d'ail et d'autres épices sont beaucoup plus stables sous forme de complexes que sous forme libre. Les saveurs emballées de la même manière rehaussent le goût du café et du thé. De plus, l'observation de leur activité anticholestérol plaide en faveur des cyclodextrines. Les particules de "mauvais" cholestérol se lient à l'intérieur du seau chimique et sont excrétées du corps sous cette forme. Ainsi les cyclodextrines, produits d'origine naturelle, sont aussi la santé en soi.