Det amfipatiske eller amfifile molekyler Det er dem, der kan føle affinitet eller frastødning på samme tid for et bestemt opløsningsmiddel. Opløsningsmidler klassificeres kemisk som polære eller apolare; hydrofil eller hydrofob. Således kan disse typer molekyler "elske" vand, ligesom de også kan "hade" det..
Ifølge den foregående definition er der kun en måde for dette at være muligt: disse molekyler skal have polære og apolære områder inden for deres strukturer; Enten er de mere eller mindre homogent fordelt (som det f.eks. Er tilfældet med proteiner), eller de er heterogent lokaliserede (i tilfælde af overfladeaktive stoffer)
Overfladeaktive stoffer, også kaldet vaskemidler, er måske de bedst kendte amfipatiske molekyler fra alle tider siden umindelige tider. Lige siden mennesket blev betaget af en mærkelig fysiologi af en boble, bekymret over forberedelse af sæber og rengøringsprodukter, har han stødt på fænomenet overfladespænding igen og igen.
At observere en boble er det samme som at være vidne til en “fælde”, hvis vægge, dannet ved tilpasning af amfipatiske molekyler, bevarer luftens luftindhold. Dens sfæriske former er de mest matematiske og geometriske stabile, da de reducerer overfladespændingen af grænsefladen mellem luft og vand til et minimum..
Når det er sagt, er to andre karakteristika ved amfipatiske molekyler blevet diskuteret: de har tendens til at associeres eller selvmonteres, og nogle lavere overfladespændinger i væsker (de der kan gøre det kaldes overfladeaktive stoffer).
Som et resultat af den høje tendens til at associere, åbner disse molekyler et felt for morfologisk (og endda arkitektonisk) undersøgelse af deres nanoaggregater og de supramolekyler, der komponerer dem; med det formål at designe forbindelser, der kan funktionaliseres og interagere på uendelige måder med celler og deres biokemiske matricer.
Artikelindeks
Amfifile eller amfipatiske molekyler siges at have et polært område og et apolært område. Den apolare region består normalt af en mættet eller umættet carbonkæde (med dobbelt eller tredobbelt binding), der er repræsenteret som en "apolar hale"; ledsaget af et “polarhoved”, hvor de mest elektronegative atomer befinder sig.
Den øverste generelle struktur illustrerer kommentarerne i det foregående afsnit. Polarhovedet (lilla kugle) kan være funktionelle grupper eller aromatiske ringe, der har permanente dipolmomenter og er også i stand til at danne hydrogenbindinger. Derfor skal det højeste ilt- og nitrogenindhold være placeret der.
I dette polære hoved kan der også være ioniske, negative eller positive ladninger (eller begge på samme tid). Denne region er den, der viser en høj affinitet for vand og andre polære opløsningsmidler..
På den anden side interagerer den apolære hale på grund af dens dominerende C-H-bindinger gennem spredningsstyrker i London. Denne region er ansvarlig for det faktum, at amfipatiske molekyler også viser affinitet for fedtstoffer og apolære molekyler i luften (Nto, COto, Ar osv.).
I nogle kemitekster sammenlignes modellen for den øvre struktur med formen på en slikkepind.
Når et amfipatisk molekyle kommer i kontakt med et polært opløsningsmiddel, f.eks. Vand, har dets regioner forskellige virkninger på opløsningsmiddelmolekylerne..
Til at begynde med forsøger vandmolekylerne at solvatere eller hydrere det polære hoved og holder sig væk fra den apolære hale. I denne proces skabes molekylær lidelse.
I mellemtiden har vandmolekylerne omkring den apolære hale en tendens til at arrangere sig som om de var små krystaller, hvilket giver dem mulighed for at minimere frastødninger. I denne proces oprettes en molekylær orden.
Mellem lidelser og ordener vil der komme et punkt, hvor det amfipatiske molekyle vil søge at interagere med en anden, hvilket vil resultere i en langt mere stabil proces.
Begge vil blive kontaktet gennem deres apolære haler eller polære hoveder på en sådan måde, at beslægtede regioner interagerer først. Dette er det samme som at forestille sig, at to "lilla slikkepinde" i billedet ovenfor nærmer sig ved at flette deres sorte haler sammen eller forbinde deres to lilla hoveder..
Og således begynder et interessant associeringsfænomen, hvor flere af disse molekyler sammenføjes fortløbende. De er ikke vilkårligt forbundet, men ifølge en række strukturelle parametre, der ender med at isolere de apolære haler i en slags "apolar kerne", mens de udsætter de polære hoveder som en polær skal..
Det siges så, at der er født en sfærisk miscella. Under dannelsen af miscelaen er der imidlertid et indledende trin bestående af det, der er kendt som et lipid dobbeltlag. Disse og andre er nogle af de mange makrostrukturer, som amfifile molekyler kan anvende.
Hvis de apolare haler tages som sorte enheder, og de polære hoveder er som lilla enheder, vil det forstås, hvorfor barken på miscelen i det øverste billede er lilla og dens kerne er sort. Kernen er apolar, og dens interaktioner med vand- eller opløsningsmiddelmolekylerne er nul..
Hvis opløsningsmidlet eller mediet derimod er apolært, er det de polære hoveder, der vil blive frastødte, og derfor vil de være placeret i centrum af miscellaen; det vil sige, det er omvendt (A, lavere billede).
Det bemærkes, at den omvendte miscela har en sort apolar skal og en lilla polar kerne. Men før der dannes misceller, findes de amfifile molekyler, der ændrer rækkefølgen af opløsningsmidlet. Øget koncentration, de begynder at samle sig i en struktur på et eller to lag (B).
Fra B begynder laminerne at kurve for at danne D, en vesikel. En anden mulighed, afhængigt af formen af den apolære hale med hensyn til dens polære hoved, er, at de forbinder for at give anledning til en cylindrisk miscella (C).
Der er derfor fem hovedstrukturer, der afslører et grundlæggende kendetegn ved disse molekyler: Deres høje tendens til at associere og samle sig selv i supramolekyler, som samles for at danne nanoaggregater..
Således findes amfifile molekyler ikke alene, men i forbindelse..
Amfipatiske molekyler kan være neutrale eller ionisk ladede. De, der har negative ladninger, har et iltatom med en negativ formel ladning i deres polære hoved. Nogle af disse iltatomer kommer fra funktionelle grupper såsom: -COO-, -SW4-, -SW3- eller -PO4-.
Med hensyn til positive ladninger kommer de generelt fra aminer, RNH3+.
Tilstedeværelsen eller fraværet af disse ladninger ændrer ikke det faktum, at disse molekyler generelt danner krystallinske faste stoffer; eller hvis de er relativt lette, findes de som olier.
Nogle eksempler på amfipatiske eller amfifile molekyler vil blive nævnt nedenfor:
-Phofolipider: phosphatidylethanolamin, sfingomyelin, phosphatidylserin, phosphatidylcholin.
-Kolesterol.
-Glykolipider.
-Natriumlaurylsulfat.
-Proteiner (de er amfifile, men ikke overfladeaktive stoffer).
-Fenoliske fedtstoffer: cardanol, cardoles og anakardiale syrer.
-Cetyltrimethylammoniumbromid.
-Fedtsyrer: palmitinsyre, linolsyre, oliesyre, laurinsyre, stearinsyre.
-Langkædede alkoholer: 1-dodecanol og andre.
-Amfifile polymerer: såsom ethoxylerede phenolharpikser.
En af de vigtigste konsekvenser af disse molekylers evne til at associeres er, at de bygger en slags væg: lipiddobbeltlaget (B).
Dette dobbeltlag strækker sig til at beskytte og regulere indgang og udgang af forbindelser i celler. Det er dynamisk, da dets apolære haler roterer og hjælper amfipatiske molekyler med at bevæge sig..
Ligeledes, når denne membran er fastgjort til to ender, for at have den lodret, bruges den til at måle dens permeabilitet; og med dette opnås værdifulde data til design af biologiske materialer og syntetiske membraner fra syntesen af nye amfipatiske molekyler med forskellige strukturelle parametre..
I olieindustrien bruges disse molekyler og de polymerer, der er syntetiseret derfra, til at dispergere asfaltener. Fokus for denne applikation hviler på hypotesen om, at asfaltener består af et kolloidt fast stof med en høj tendens til at flokkulere og sedimentere som et brun-sort fast stof, der forårsager alvorlige økonomiske problemer..
Amfipatiske molekyler hjælper med at holde asfaltener spredt i længere tid i lyset af fysisk-kemiske ændringer i råolien..
Disse molekyler hjælper med at blande to væsker, der ikke ville være blandbare under normale forhold. I is hjælper de for eksempel vand og luft med at danne en del af det samme faste stof sammen med fedt. Blandt de mest anvendte emulgatorer til dette formål er dem, der stammer fra spiselige fedtsyrer.
Disse amfifile karakterer af disse molekyler bruges til at fange fedt eller apolære urenheder, som senere transporteres væk på samme tid af et polært opløsningsmiddel, såsom vand..
Som eksemplet med bobler, hvor luft blev fanget, fanger rengøringsmidler fedt i deres miceller, der med en polær skal interagerer effektivt med vand for at fjerne snavs..
Polarhovederne er af vital betydning, da de definerer de mange anvendelser, som disse molekyler kan have i kroppen.
Hvis de for eksempel har et sæt aromatiske ringe (inklusive derivater af en phenolring) og polære ringe, der er i stand til at neutralisere frie radikaler, vil der være amfifile antioxidanter; og hvis de også mangler toksiske virkninger, vil der være nye antioxidanter tilgængelige på markedet.
Endnu ingen kommentarer