AMFIPATIK MOLEKÜLLER: YAPI, ÖZELLIKLER, ÖRNEKLER - KIMYA - 2025

Amfipatik ya da amfifilik moleküller , belirli bir çözücü için aynı zaman afinite veya itmeyi hissedebilir olanlardır. Çözücüler kimyasal olarak polar veya apolar olarak sınıflandırılır; hidrofilik veya hidrofobik. Böylece, bu tür moleküller suyu "sevebildikleri" gibi, ondan "nefret edebilirler".

Önceki tanıma göre, bunun mümkün olmasının tek bir yolu vardır: bu moleküllerin yapıları içinde polar ve apolar bölgelere sahip olması gerekir; az ya da çok homojen olarak dağılmış olup olmadıkları (örneğin proteinlerde olduğu gibi) ya da heterojen bir şekilde lokalize olup olmadıkları (yüzey aktif maddeler durumunda)

Kabarcıklar, bir amfifilik bileşik olan bir yüzey aktif cisminin etkisine bağlı olarak hava-sıvı arayüzünün yüzey geriliminin azalmasının neden olduğu fiziksel bir olaydır. Kaynak: Pexels.

Deterjanlar olarak da adlandırılan yüzey aktif maddeler, çok eski zamanlardan beri belki de en iyi bilinen amfipatik moleküllerdir. İnsan, bir baloncuğun tuhaf fizyonomisinden büyülendiğinden, sabunların ve temizlik ürünlerinin hazırlanmasından endişe duyduğundan beri, yüzey gerilimi olgusuyla defalarca karşılaşmıştır.

Bir baloncuğu gözlemlemek, amfipatik moleküllerin hizalanmasıyla oluşan duvarları havanın gaz içeriğini tutan bir "tuzağa" tanık olmakla aynı şeydir. Küresel şekilleri, hava-su arayüzünün yüzey gerilimini en aza indirdikleri için matematiksel ve geometrik olarak en kararlı olanlardır.

Bununla birlikte, amfipatik moleküllerin diğer iki özelliği tartışılmıştır: birleşme veya kendi kendine birleşme eğilimindedirler ve sıvılarda bazı daha düşük yüzey gerilimleri (bunu yapabilenlere yüzey aktif maddeler denir).

Yüksek birleşme eğiliminin bir sonucu olarak, bu moleküller, nano agregatları ve onları oluşturan süper moleküller üzerinde morfolojik (ve hatta mimari) bir çalışma alanı açar; Hücreler ve biyokimyasal matrisleri ile işlevselleştirilebilen ve ölçülemeyen şekillerde etkileşebilen bileşikler tasarlamak amacıyla.

yapı

Amfipatik bir molekülün genel yapısı. Kaynak: Gabriel Bolívar.

Amfifilik veya amfipatik moleküllerin bir polar bölgeye ve bir apolar bölgeye sahip olduğu söylenir. Apolar bölge genellikle, "apolar kuyruk" olarak temsil edilen doymuş veya doymamış bir karbon zincirinden (çift veya üçlü bağlarla) oluşur; en elektronegatif atomların bulunduğu bir "kutup başı" eşliğinde.

Üstteki genel yapı, bir önceki paragraftaki yorumları göstermektedir. Polar kafa (mor küre), kalıcı dipol momentlere sahip fonksiyonel gruplar veya aromatik halkalar olabilir ve ayrıca hidrojen bağları oluşturabilir. Bu nedenle, en yüksek oksijen ve nitrojen içeriği orada bulunmalıdır.

Bu kutup başında iyonik, negatif veya pozitif yükler (veya aynı anda her ikisi) olabilir. Bu bölge, su ve diğer polar çözücüler için yüksek afinite gösteren bölgedir.

Öte yandan, apolar kuyruk, baskın CH bağları göz önüne alındığında, Londra saçılma kuvvetleri aracılığıyla etkileşime girer. Bu bölge, amfipatik moleküllerin havadaki yağlara ve apolar moleküllere (N ₂ , CO ₂ , Ar, vb.) Afinite göstermesinden de sorumludur .

Bazı kimya metinlerinde üst yapının modeli bir lolipopun şekli ile karşılaştırılır.

Moleküller arası etkileşimler

Bir amfipatik molekül, örneğin su gibi bir polar çözücü ile temas ettiğinde, bölgeleri çözücü moleküller üzerinde farklı etkiler yaratır.

Başlangıç ​​olarak, su molekülleri, apolar kuyruktan uzak durarak kutup başını solvatlamaya veya hidratlamaya çalışır. Bu süreçte moleküler bozukluk yaratılır.

Bu arada, apolar kuyruğun etrafındaki su molekülleri, kendilerini küçük kristallermiş gibi düzenleme eğilimindedir ve böylece itilmeleri en aza indirir. Bu süreçte moleküler bir düzen yaratılır.

Bozukluklar ve düzenler arasında, amfipatik molekülün bir başkasıyla etkileşime girmeye çalışacağı bir nokta gelecek ve bu çok daha kararlı bir süreçle sonuçlanacaktır.

Miscellas

Her ikisine de apolar kuyrukları veya kutup başları yoluyla, ilgili bölgelerin önce etkileşime gireceği şekilde yaklaşılacaktır. Bu, üstteki görüntüdeki iki "mor lolipopun" yaklaştığını, siyah kuyruklarını iç içe geçtiğini veya iki mor kafasını birleştirdiğini hayal etmekle aynıdır.

Ve böylece, bu moleküllerden birkaçının art arda birleştirildiği ilginç bir ilişki fenomeni başlar. Bunlar gelişigüzel bir şekilde ilişkilendirilmezler, ancak bir dizi yapısal parametreye göre, apolar kuyrukları bir tür "apolar çekirdekte" izole ederken, kutup başlarını bir kutup kabuğu olarak ortaya çıkarır.

O zaman küresel bir miselin doğduğu söylenir. Bununla birlikte, miselin oluşumu sırasında, lipit çift tabakası olarak bilinen şeyden oluşan bir ön aşama vardır. Bunlar ve diğerleri, amfifilik moleküllerin benimseyebileceği birçok makro yapıdan bazılarıdır.

Amfipatik moleküllerin özellikleri

bağlantı

Amfipatik moleküllerin oluşturduğu küresel çeşitlilik. Kaynak: Gabriel Bolívar.

Apolar kuyruklar siyah, kutup başları ise mor birimler olarak alınırsa, miselin kabuğunun neden mor ve çekirdeğinin siyah olduğu anlaşılacaktır. Çekirdek apolardır ve su veya çözücü molekülleri ile etkileşimleri boştur.

Öte yandan, çözücü veya ortam apolar ise, itilmelere maruz kalacak olan kutup başlarıdır ve sonuç olarak miselin merkezinde yer alacaklardır; yani ters çevrilmiştir (A, alttaki resim).

Farklı türde misel yapılar veya morfolojiler. Kaynak: Gabriel Bolívar.

Tersine çevrilmiş misselenin siyah apolar bir kabuğa ve mor bir polar çekirdeğe sahip olduğu görülmektedir. Ancak, miseller oluşmadan önce amfifilik moleküller, çözücü moleküllerin sırasını değiştirerek ayrı ayrı bulunurlar. Artan konsantrasyonla, bir veya iki katmanlı yapıda (B) birleşmeye başlarlar.

B'den, laminalar bir vezikül olan D'yi oluşturmak üzere eğilmeye başlar. Kutup başına göre apolar kuyruğun şekline bağlı olarak bir başka olasılık, silindirik bir misel (C) meydana getirmek üzere birleşmeleridir.

Nano agregatlar ve süper moleküller

Bu nedenle, bu moleküllerin temel bir özelliğini ortaya çıkaran beş ana yapı vardır: nanoagregatlar oluşturmak için bir araya gelen süper-moleküller halinde birleşmeye ve kendi kendine birleşmeye yüksek eğilimleri.

Bu nedenle, amfifilik moleküller tek başına değil, bir arada bulunur.

Fiziksel

Amfipatik moleküller nötr veya iyonik olarak yüklü olabilir. Negatif yüklü olanlar, kutup başlarında negatif biçimsel yüklü bir oksijen atomuna sahiptir. Bu oksijen atomlarından bazıları -COO ^- , -SO ₄ ^- , -SO ₃ ^- veya -PO ₄ ^- gibi fonksiyonel gruplardan gelir .

Pozitif yüklerle ilgili olarak, genellikle aminlerden, RNH ₃ ^{+ gelir} .

Bu yüklerin varlığı veya yokluğu, bu moleküllerin genellikle kristal katı maddeler oluşturduğu gerçeğini değiştirmez; veya nispeten hafiflerse, yağ olarak bulunurlar.

Örnekler

Amfipatik veya amfifilik moleküllerin bazı örnekleri aşağıda belirtilecektir:

-Fofolipidler: fosfatidiletanolamin, sfingomiyelin, fosfatidilserin, fosfatidilkolin.

-Kolesterol.

-Glucolipids.

-Sodyum lauril sülfat.

-Proteinler (bunlar amfifiliktir, ancak yüzey aktif maddeler değildir).

-Fenolik yağlar: kardanol, kardoller ve anakardiyal asitler.

-Setil-trimetil-amonyum bromit.

-Yağlı asitler: palmitik, linoleik, oleik, laurik, stearik.

-Uzun zincirli alkoller: 1-dodekanol ve diğerleri.

-Amfifilik polimerler: etoksile fenolik reçineler gibi.

Uygulamalar

Hücre zarları

Bu moleküllerin birleşme yeteneklerinin en önemli sonuçlarından biri, bir tür duvar inşa etmeleridir: lipit çift tabakası (B).

Bu çift katman, bileşiklerin hücrelere girişini ve çıkışını korumak ve düzenlemek için genişler. Dinamiktir çünkü apolar kuyrukları dönerek amfipatik moleküllerin hareket etmesine yardımcı olur.

Aynı şekilde bu zar iki uca tutturulduğunda dikey olması için geçirgenliğini ölçmek için kullanılır; bununla birlikte farklı yapısal parametrelere sahip yeni amfipatik moleküllerin sentezinden biyolojik materyallerin ve sentetik membranların tasarımı için değerli veriler elde edilmektedir.

Dağıtıcılar

Petrol endüstrisinde bu moleküller ve bunlardan sentezlenen polimerler asfaltenleri dağıtmak için kullanılmaktadır. Bu başvurunun odak noktası, asfaltenlerin, ciddi ekonomik sorunlara neden olan kahverengi-siyah bir katı olarak çökelme ve tortulaşma eğilimi gösteren koloidal bir katıdan oluştuğu hipotezine dayanmaktadır.

Amfipatik moleküller, yağdaki fizikokimyasal değişiklikler karşısında asfaltenlerin daha uzun süre dağılmasını sağlamaya yardımcı olur.

emülgatörler

Bu moleküller, sıradan koşullar altında karışmayan iki sıvının karışmasına yardımcı olur. Örneğin dondurmalarda, su ve havanın yağla birlikte aynı katının bir parçasını oluşturmasına yardımcı olurlar. Bu amaçla en yaygın olarak kullanılan emülgatörler arasında, yenebilir yağ asitlerinden elde edilenler bulunmaktadır.

Deterjanlar

Bu moleküllerin amfifilik doğası, yağları veya apolar safsızlıkları yakalamak için kullanılır, daha sonra aynı zamanda su gibi bir polar çözücü ile yıkanarak uzaklaştırılır.

Havanın hapsolduğu kabarcıklar örneğinde olduğu gibi, deterjanlar, kutuplu bir kabuğa sahip olan, kiri çıkarmak için suyla verimli bir şekilde etkileşime giren miselleri içinde yağı tutar.

antioksidanlar

Kutup başları, bu moleküllerin vücutta sahip olabileceği çoklu kullanımları tanımladıkları için hayati öneme sahiptir.

Örneğin, bir dizi aromatik halkaya (bir fenolik halkanın türevleri dahil) ve serbest radikalleri nötralize edebilen polar olanlara sahiplerse, o zaman amfifilik antioksidanlar olacaktır; ve toksik etkileri de yoksa, piyasada yeni antioksidanlar olacaktır.

Referanslar

1. Alberts B, Johnson A, Lewis J, vd. (2002). Hücrenin moleküler biyolojisi. 4. baskı. New York: Garland Science; Lipid Çift Katman. Kurtarıldı: ncbi.nlm.nih.gov
2. Jianhua Zhang. (2014). Amfifilik Moleküller. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, E. Droli, L. Giorno (editörler), Encyclopedia of Membranes, DOI 10.1007 / 978-3-642-40872-4_1789-1.
3. Joseph dedi. (2019). Amfipatik Moleküllerin Tanımı. Ders çalışma. Study.com'dan kurtarıldı
4. Lehninger, AL (1975). Biyokimya. (2. Baskı). Worth Publishers, inc.
5. Mathews, CK, van Holde, KE ve Ahern, KG (2002). Biyokimya. (3. Baskı). Pearson Addison Weshley.
6. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (31 Mart 2019). Yüzey Aktif Madde Nedir? Kurtarıldı: thinkco.com
7. Domenico Lombardo, Mikhail A. Kiselev, Salvatore Magazù ve Pietro Calandra (2015). Amphiphiles Self-Assembly: Temel Kavramlar ve Supramoleküler Yaklaşımların Gelecek Perspektifleri. Yoğun Madde Fiziğindeki Gelişmeler, cilt. 2015, Makale Kimliği 151683, 22 sayfa, 2015. doi.org/10.1155/2015/151683.
8. Anankanbil S., Pérez B., Fernandes I., Magdalena K. Widzisz, Wang Z., Mateus N. & Guo Z. (2018). Çok amaçlı uygulamalar için yeni bir sentetik fenolik içeren amfifilik molekül grubu: Fiziko-kimyasal karakterizasyon ve hücre toksisitesi çalışması. Scientific Reports cilt 8, Makale numarası: 832.