بررسی مولكول نگاری پلیمری سنتز و كاربرد آن در استخراج

1-1- تئوری قفل و كلید
مفهوم برهم كنش مولكولی بسیار قدیمی بوده و بوسیله مؤسسات یونانی و ایتالیایی استفاده شده است. در نیمه دوم قرن نوزدهم، ظهور نظریه‌های مدرن در مورد این برهم كنش‌ها از میان آزمایش‌های واندروالس در مطالعاتش پیرامون برهم كنش‌های مابین اتمها در حالت گازی آغاز شد و در سال 1894، فیشر نظریه مشهور «قفل و كلید »اش را در مورد‌روش برهم كنش سوبسترا با آنزیم ارائه‌كرد(شکل‌1-1).

 
شکل 1-1: شمایی ارائه شده از مفهوم قفل و کلید فیشر در کمپلکس آنزیم – سوبسترا

 براساس نظریه فوق، عمل خاص یك آنزیم با یك سوبسترا تنها می‌تواند با استفاده از تشبیه قفل به آنزیم و كلید به سوبسترا توضیح داده شود. فقط وقتی كه كلید (سوبسترا) اندازه قفل باشد در درون سوراخ قفل (مكان فعال  آنزیم) جای می‌گیرد. كلیدهای كوچكتر، كلیدهای بزرگتر یا كلیدهایی با دندانه‌های نامشابه (مولكولهای سوبسترا با شكل و اندازه نادرست) در داخل قفل (آنزیم) جای نخواهند گرفت (1). شکل 1-2 بخوبی این موضوع را نشان می دهد.

 
شکل 1-2 : نظریه قفل و کلید
در سیستم‌های زیستی، كمپلكس‌های مولكولی بواسطه‌ تعداد زیادی از برهم كنش‌های غیر كووالانسی از قبیل پیوندهای هیدروژنی و پیوندهای یونی تشكیل می‌شوند. اگر چه این برهم كنشها به تنهایی در مقایسه با پیوندهای كووالانسی ضعیف می‌باشند، لیكن تاثیر همزمان این پیوندها اغلب منجر به تشكیل كمپلكس‌های پایدار می‌شود. برهم كنش‌های پیچیده مابین انواع مولكولها، شناخت مولكولها و توانایی تقلید از پیوندهای  طبیعی، دانشمندان را برای مدت زمان طولانی مشغول كرده است. این رویداد منجر به تشكیل رشته جدیدی با عنوان شیمی تقلید زیستی  شده است. اصطلاح تقلید زیستی به وضعی گفته می‌شود كه در آن فرایندهای شیمیایی از یك فرایند بیوشیمیایی تقلید می‌كنند، تا اینکه ساختارها و مكانیزم سیستمهای زیستی شناخته شوند. دانشمندان در تلاش هستند كه این دانش را به فنون سنتزی تبدیل كنند. یكی از این فنون سنتزی كه در دهه اخیر مورد توجه واقع شده است، فن مولكول نگاری  می‌باشد (1،2).

1-2- تاریخچه مولكول نگاری
در جهان به كرات اتفاق افتاده كه یك پدیده موفقیت آمیز شروع ناامید كننده ای داشته است و عرصه علم هم از این امر استثناء نبوده و نیست. یكی از این مسائل علمی كه شروع خوبی نداشته، روش مولكول نگاری می‌باشد.
برای اولین بار مولکول نگاری در سال 1930 میلادی بوسیله پولیاکف  در بدست آوردن افزودنی های گوناگون در یک ماتریس سیلیکا مورد استفاده قرار گرفت. در دهه 1940 میلادی لینوس پائولینگ (3) فرض کرد فرایندی شبیه مولکول نگاری مسئول انتخاب پادتن ها برای آنتی ژنهای مربوط شان می باشند (شکل 1-3). پائولینگ برای توجیه توانایی شگفت‌انگیز سیستم ایمنی بدن انسان در تولید پادتن‌های بسیار متفاوت، فرضیه‌ای را ارائه داد. برطبق این فرضیه بدن انسان واحدهای ساختمانی سریع‌العملی را در اختیار دارد كه به محض حضور مولكول غیر خودی در بدن، این واحدها، مولكول غیر خودی (مهاجم) را محاصره كرده و با گروههای عاملی مناسب خود با آن برهم كنش می‌دهند و سپس در همان وضعیت به هم متصل شده و یك قالب مولكولی را برای مولكول مهاجم به وجود می‌آورند. تئوری فوق توسط فرانک دیکی  شاگرد پائولینگ، با انجام آزمایش هایی که جذب ویژه را برای چندین رنگ متفاوت در سیلیکا نشان می داد، تائید شد. امروزه مشخص شده است که پادتن ها بر اساس نظریه اختصاصی بودن پاسخ ایمنی تولید می شوند. بر اساس این نظریه، از برخورد هر یاخته با آنتی ژن مربوط، آن یاخته تکثیر می یابد و به مجموعه ای از یاخته های یکسان تبدیل می شود که فعالیت مشابهی را نشان می دهند، لذا نظریه تولید پادتن انعطاف پذیر در پاسخ به یک آنتی ژن اشتباه می باشد.

اهمیت مولکولهای پذیرنده درعلم و تکنولوژی پیشرفته
 
2-1-مقدمه
ما می دانیم در گازها ومایعات (نه جامدات) بیشتر مولکولها به طور تصادفی حرکت می کنند. هیچ مولکولی با مولکول اطرافش ارتباطی نداشته و هر طور که می خواهد رفتار می کند. کمپلکس های  بین مولکولی فقط از طریق برخوردهای تصادفی  به وجود آمده و عمر این کمپلکس ها بسیار ناچیز است و همچنین غلظت آنها در مایعات (یا گازها) تقریبا برابر صفر است. به هر حال، بعضی از مولکولها (مولکولهای پذیرنده) دقیقا بین یک مولکول و مولکول دیگر تفاوت قائل می شوند. آنها به صورت گزینشی جفت مولکولی خود را از میان تعدادی  مولکول موجود در سیستم انتخاب میکنند و یک کمپلکس غیرکووالانسی با این مولکول می سازند. این کمپلکس ها به اندازه کافی پایدار بوده و غلظت تعادلی آنها قابل توجه است. دراینجا تمام مولکولها به جز مولکول جفت کاملا کنارگذاشته میشوند، درست همان طور که ما به سادگی  دوستمان را حتی در شلوغی ورودی ایستگاه پیدا می کنیم و با او به رستوران میرویم. درکمپلکس های غیر کووالانسی همانند واکنش های آنزیمی, واکنش با حضور کاتالیزور اتفاق می افتد. این قدرت تشخیص میان مولکولها تشخیص مولکولی نامیده می شود.
در علم وتکنولوژی امروزی، اهمیت پذیرنده ها  و تشخیص مولکولی  به سرعت رشد کرده است. این رشد اساسا به این خاطر است که یک مولکول در حال حاضر یک واحد عملگر بوده و فقط نقش خود را ایفا میکند. برای ایجاد سیستمهای رضایت بخش تحت این شرایط،  باید تعدادی مولکول را در شرایطی از پیش تعیین شده کنار هم بگذاریم و اجازه دهیم هر کدام کار خودش را انجام دهد. البته در اینجا همه مولکولها باید بدانند که مولکولهای مجاور آنها چه هستند، چه خصوصیات فیزیکوشیمیایی دارند و هر کدام از این مولکولها در هر لحظه چه می کنند. اخیرا روش مولکول نگاری برای فراهم آوردن پذیرنده های چند کاره که موثر و اقتصادی هستند توسعه یافته است. به طور کلی حرکات مولکولی در یک ساختار پلیمری ساکن  شده و به همین دلیل آنها به طرز مطلوبی تثبیت  شده اند. این شیوه، منحصر به فرد و چالش برانگیز است و در حال حاضر پیش بینی حوزه کاربردهای آن مشکل است. در این فصل پیرامون پذیرنده های طبیعی و مصنوعی بحث خواهیم کرد.

مراجع:
1.    Allender, C.J.; Brain, K.R.; Heard, C.M. «Progress in Medicinal Chemistry», P.235, Elsevier Science, Oxford (1999).
2.    Bender, M. L.; Komiyama, M.« Cyclodextrin Chemistry», springer- verlag, Berlin (1978).
3.    Asanuma, H.; Akiyama, T.; Kajiya, K.; Hishiya, T.; Komiyama, M. Anal. Chim. Acta., 2001, 435, 25-33.
4.    Akiyama, T.; Hishiya, T.; Asanuma, H.; Komiyama, M. J. Inclu. Phenom. Macrocyclic Chemistry, 2001, 41, 149-153.
5.    Hart, B.R.; Shea, K.J.J.Am. Chem. Soc., 2001, 123, 2072-2073.
6.    Kurihara, K.; Ohto, K.; Honda, Y.; Kunitake, T.J.Am. Chem. Soc. 1991, 113, 5077-5079.
7.    Matsumoto, J.; Ijiro, K.; Shimomura, M. Chem.Lett., 2000, 1280-1281.
8.    Ijiro, K.; Matsumoto, J.; Shimomura, M. Studies in Surface Science and Catalysis, 2001, 132, 481-484.
9.    Takeuchi, T.; Mukawa T.; Matsui, J.; Higashi, M.; Shimizu, K.D. Anal. Chem. 2001, 73, 3869- 3874.
10.     Matsui, J.; Higashi, M.; Takeuchi, T.J.Am. Chem. Soc. 2000, 122, 5218-5219.
11.     Dickey, F.H. Proc. Natl. Acad. Sci, 1949, 35, 227-229.
12.     Morihara, K.; Takiguchi, M.; Shimada, T. Bull. Chem. Soc.Jpn. 1994, 67,1078-1084.
13.     Wulff, G.Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1995, 34, 1812-1832.
14.     Katz, A.; Davis, M.E. Nature, 2000, 403, 286-289.
15.     Lee. S-W,; Ichinose, I.; Kunitake, T. Langmuir, 1998, 14,2857-2863.
16.     Ichinose, I.; Kikuchi, T.; Lee, S.W.; Kunitake, T. Chem. Lett. 2002. 104-105.
17.     Jung, H.J.; Ono, Y.; Shinkai, S. Chem. Eur.J.2000, 6, 4552-4557.
18.     Takeuchi, T.; Fukuma, D.; Matsui, J.; Mukawa, T.Chem. Lett.2001, 530-531.
19.     Matsui, J.; Miyoshi, Y.; Doblhoff Dier, O.; Takeuchi, T. Anal. Chem. 1995, 67, 4404-4408.
20.     Pauling, L. Am. Sci. 1948, 36,51.
21.     Lerner, R.A.; Benkovic, S.J.; Schultz, P.G. Science, 1991, 252, 659-667.
22.     Matsui, J.; Nicholls, I.A.; Karube, I.; Mosbach, K.J. org. Chem. 1996.61, 5414-5417.
23.     Morihara, K.; Kurihara, S.; Suzuki, J. Bull. Chem. Soc. Jpn. 1988, 61, 3991-3998.
24.     Kawanami, Y.; Yunoki, T.; Nakamura, A.; Fujii, K.; Umano, K.; Yamauchi, H.; Masuda, K. J. Mol. Catal. A 1999, 145,107-110.
25.     Markowitz, M.A.; Kust, P.R.; Deng, G.; Schoen, P.E.; Dordick, J.s.; Clark, D.S.; Gaber, B.P. Langmuir, 2000, 16, 1759-1765.
26.     Wulff G.; Gross T.; Schonfeld, R. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1997, 36, 1962-1964.