ყოველდღიური ქიმიური ნაერთების კვალდაკვალ
პროექტის შესახებ
Compound Interest | თარგმანი: ლაშა ხუციშვილი
სუპერწებო ძალზე სასარგებლო გამოგონებაა. იგი საშუალებას გვაძლევს შევაკეთოთ ნებისმიერი ტიპის ობიექტი. თუმცაღა, უნდა აღინიშნოს, რომ იგი სინამდვილეში არ გამოუგონებიათ! მოდით, გავეცნოთ სუპერწებოს მოკლე ისტორიას და, რაც მთავარია, ქიმიას, რომელიც წებოს თავისი საქმის შესრულებაში ეხმარება.
თავიდან სუპერწებო შემთხვევით იქნა აღმოჩენილი დოქტორ ჰარი კუვერის მიერ, რომელიც კოდაკის ლაბორატორიაში ატარებდა კვლევას, რათა იარაღის სამიზნე პლასტმასები შეექმნა მე-2 მსოფლიო ომის პერიოდში. მკვლევარი სწორედ ამ დროს წააწყდა ციანოაკრილატებს, ორგანულ ნივთიერებებს, რომლებიც სუპერწებოში გამოიყენება, თუმცა რადგანაც ამ ნაერთებს ჰქონდათ ტენდენცია, რომ აბსოლუტურად ყველაფერს ეწებებოდნენ, ციანოაკრილატები გამოუყენებელ, უსარგებლო ნაერთებად ჩათვალეს.
სუპერწებოს ისტორია აქ დამთავრდებოდა, მაგრამ კუვერი რამდენიმე წლის შემდეგ ციანოაკრილატების ხელმეორედ აღმოჩენაშიც მონაწილეობდა. ამ დროს, 1950-იან წლებში, იგი მუშაობდა უკვე ცეცხლგამძლე პოლიმერებზე საავიაციო თვითმფრინავებისთვის. ერთ-ერთმა სტუდენტმა, რომელიც კუვერთან ერთად მუშაობდა, დაასინთეზა ეთილ ციანოაკრილატი და, როდესაც მან სცადა მიღებული ნაერთის სხივის გარდატეხის მაჩვენებლის (ოპტიკური სიმკვრივის) გაზომვა, ორი მინა, პრიზმა, შემთხვევით შეეწება ერთმანეთს. სწორედ ამ დროს დაინახა ციანოაკრილატების პოტენციალი კუვერმა. მას შემდეგ სწრაფადვე ჩაეშვა წარმოებაში და 1958 წელს უკვე კომერციულად ხელმისაწვდომი პროდუქტი გახდა სუპერწებო.
მაშ ასე, როგორ ავლენენ ციანოაკრილატები სუპერწებოში წებოვნებას? მარტივად რომ ვთქვათ, ეს ნაერთები მცირე რაოდენობით წყალთან შედიან რეაქციაში - თუნდაც წყლის ორთქლთან, ტენთან, რომელიც ჰაერშია. დიახ, ეს რაოდენობა საკმარისია იმისათვის, რომ ჯაჭვური დაგრძელება დაიწყოს. წყლის მოლეკულასა და ციანოაკრილატს შორის რეაქცია წარმოქმნის შუალედურ იონს, რომელიც ციანოაკრილატის სხვა მოლეკულას შეუტევს, ეს უკანასკნელი კიდევ სხვას და ა.შ. და საბოლოოდ ვიღებთ გრძელ, პოლიმერულ ჯაჭვს. სუპერწებო სხვა წებოებისგან განსხვავებულია სწორედ ამ რეაქციით. სხვა წებოები შემდეგნაირად მოქმედებენ: დასაწებებელ ადგილზე წებოს წასმისას და დაყოვნებისას ხდება გამხსნელის აორთქლება, რომელშიც აქტიური ნივთიერებაა და რომელმაც ბმა უნდა წარმოქმნას ზედაპირთან.
ციანოაკრილატების წყალთან რეაქცია ერთ-ერთი მიზეზია იმისა, თუ რატომაა ცუდი წებოს ხელზე მოხვედრა. რამდენადაც კანი ტენიანია, მასაც შეუძლია პოლიმერიზაციის რეაქციის ინიცირება. მაშასადამე, არსებობს კარგი მიზეზი, თუ რატომ გვაფრთხილებენ სუპერწებოს წარწერები, რომ თვალთან ან პირთან ახლოს არ მივიტანოთ!
პოლიმერი, რომელსაც სუპერწებო წარმოქმნის, ძალზე ძლიერია, ამიტომაცაა რთული სუპერწებოთი დაწეპებული ნივთების დაშლა. შიდამოლეკულური ძალები (როგორიცაა ვან დერ ვალსის ძალები) წებოსა და ზედაპირს შორის ეხმარება წებოს შეასრულოს თავისი საქმე. მექანიკური დამაგრებაც არანაკლებ როლს თამაშობს: დასაწებებელი ნივთის ზედაპირზე არსებულ მცირე ბზარებსა და ფორებში ჩასული წებო ეხმარება ნივთის დამაგრებას. სიმართლე რომ ვთქვათ, ბოლომდე მაინც არ ვიცით ყველა დეტალი, როდესაც ვცდილობთ გავარკვიოთ, თუ როგორ ებმება ზედაპირებს, მაგრამ, მიუხედავად ამისა, ძირითადი იდეა გასაგებია, თუ რა ძალები მონაწილეობენ ამ დროს (ამ ძალების ბუნება ზოგიერთი წებოსთვის ბოლომდე არაა გარკვეული).
ციანოაკრილატი, გარდა სუპერწებოდ გამოყენებისა, გამოიყენება, აგრეთვე, ჭრილობის დროებითად შეწებებისთვის, ძირითადად ისეთ სიტუაციაში, როდესაც დრო არაა ქირურგიული ოპერაციის ჩატარებისთვის და ნაკერების დადებისთვის. ამ კლასის სხვა ნაერთებს იყენებენ, რომლებიც ნაკლებად გამაღიზიანებელია კანისთვის, როგორიცაა, მაგალითად, 2-ოქტილ ციანოაკრილატი. ციანოაკრილატები, ამავდროულად, შეიძლება გამოყენებული იყოს სტომატოლოგიაშიც, გარკვეული ტიპის შემავსებლებად.
ბიბლიოგრაფია და დამატებითი საკითხავი:
- Organic chemistry – W Brown & others
- Molecule of the month: cyanoacrylate – S Baig
- Glue are you? – K J Haxton, Scientopia
წებო, ორგანული ქიმია, წებოვანი, სუპერწებო, ციანოაკრილატი.
Compound Interest | თარგმანი: ლაშა ხუციშვილი
გაინტერესებთ თუ არა ქიმია, ამ ქიმიურ რეაქციას რეგულარულად, ყოველდღიურად ვხვდებით ცხოვრების მანძილზე. რა რეაქციას? მაილარდის რეაქციას. ეს პროცესი მიდის, როდესაც საჭმელი მზადდება. იგი პასუხისმგებელია არაერთი საჭმლის/სასმლის გემოზე: მოხარშული ხორცის, შემწვარი ხახვის, მოხალული ყავის, ტოსტირებული პურის... რეაქციის სახელი ცოტა შემაცდენელია, რადგან სინამდვილეში ტერმინი „მაილარდის რეაქცია“ მოიცავს სამ საფეხურიან რეაქციას, რომელთა შედეგადაც მიღებული პროდუქტების შემდგომი ურთიერთქმედება ბევრ სხვადასხვა ნაერთს წარმოქმნის. ძირითადი საფეხურები და რამდენიმე კლასი ნაერთებისა ამ ინფოგრაფიკაზეა წარმოდგენილი.
მაილარდის რეაქცია ფრანგი ქიმიკოსის, ლუი-კამილ მაილარდის, სახელს ატარებს. მან ამინომჟავებსა და შაქრებს შორის ურთიერთქმედება შეისწავლა 1912 წელს, თუმცა მას საჭმლის არომატსა და გემოზე არაფერი უხსენებია. ამ რეაქციის „კულინარიული მექანიზმი“ 1950-იან წლებში იქნა შესწავლილი.
1973 წელს ამერიკელმა ქიმიკოსმა, ჯონ ჰოჯმა, გამოაქვეყნა მექანიზმი საჭმლის მომზადების დროს მიმდინარე სხვადასხვა რეაქციის საფეხურებისა და მიღებული პროდუქტები დააჯგუფა. პირველი საფეხური შაქარსა და ამინომჟავას შორის რეაქციაა, რომლის დროსაც გლიკოზილამინი მიიღება. შემდეგ მიმდინარეობს მიღებული გლიკოზილამინის გადაჯგუფების რეაქცია და წარმოიქმნება კეტოზამინი. საბოლოო საფეხური მოიცავს კეტოზამინის სხვადასხვანაირ რეაქციას და სხვადასხვა პროდუქტების წარმოქმნას, რომლებიც, თავიანთი მხრივ, რეაქციისუნარიანები არიან და წარმოქმნიან მეტ და მეტ პროდუქტებს.
მელანოიდინები მაილარდის რეაქციის პოტენციური პროდუქტებია. ისინი პოლიმერული ნაერთები არიან, რომლებიც ყავისფერი პიგმენტის როლს თამაშობენ და საჭმელს ყავისფერ შეფერილობას აძლევენ. მაილარდის რეაქცია მიემართება არაენზიმურ გაყავისფრების რეაქციას, რამდენადაც მელანოიდინები ფერმენტების გარეშე წარმოიქმნებიან. არსებობს, აგრეთვე, ფერმენტული გაყავისფერება, რომელიც ხილს, მაგალითად, ავოკადოს, აყავისფრებს.
საჭმლის მომზადების პროცესში ასობით სხვადასხვა ორგანული ნაერთი წარმოიქმნება. მიღებული ნაერთების არც ისე დიდი ჯგუფი საჭმლის გემოსა და არომატს განაპირობებს. რამდენადაც კომპლექსურია მაილარდის რეაქცია, იმდენი სხვადასხვა რაოდენობის და სხვადასხვა შედგენილობის ნაერთები შეიძლება წარმოიქმნას საჭმელებში, რაც პოტენციური გემო-არომატების სპექტრს ზრდის. ამ მოლეკულების წარმოქმნაზე დიდ გავლენას ახდენს საჭმლის მომზადების პირობები: ტემპერატურა და pH, სხვა ფაქტორებთან ერთად...
აღსანიშნავია, რომ მაილარდის რეაქციის პროდუქტები ყოველთვის სასარგებლო არაა. კანცეროგენური ნაერთი, აკრილამიდი, ამის ერთ-ერთი მაგალითია. მისი კონცენტრაცია საჭმელში იზრდება, რაც უფრო და უფრო დიდხანს მიმდინარეობს საჭმლის გაცხელება. 2002 წლის კვლევამ აჩვენა, რომ სწრაფი კვების საჭმლები აკრილამიდის განსაკუთრებით მაღალი შემცველობით გამოირჩევიან, მაგრამ სპეციალური ზომები მიღებული იქნა და მას შემდეგ ცდილობენ, რომ ამ ნაერთის რაოდენობა მაქსიმალურად დაბალი იყოს საჭმელში. რასაკვირველია, ჩვენ გვირჩევნია, რომ მაქსიმალურად ავიცილოთ თავიდან ამ ტიპის ნაერთებთან ურთიერთობა, მაგრამ ძირითად შემთხვევაში კანცეროგენული პროდუქტები საჭმელში მომზადების შემდეგ მაინც არიან.
მხოლოდ თქვენს სამზარეულოში არ მიმდინარეობს მაილარდის რეაქცია, რა თქმა უნდა; იგი ჩვენს ორგანიზმშიც მიმდინარეობს, თუმცა გაცილებით მცირე სიჩქარით. ზოგიერთმა კვლევამ აჩვენა, რომ ამ რეაქციებს ზოგი ტიპის კატარაქტასთან შეიძლება ჰქონდეს კავშირი. მას ასევე უკავშირებენ სხვადასხვა გართულებებსაც.
იმის გამო რომ მაილარდის რეაქცია ძალზე კომპლექსური პროცესია, ბევრი რამ ჯერ კიდევ არ ვიცით, მაგრამ ვიცით, რომ გარე ფაქტორები, როგორებიცაა: წნევა და ტემპერატურა, გავლენას ახდენენ რეაქციის მიმდინარეობაზე. აგრეთვე, ვიცით, თუ როგორ უნდა ვაკონტროლოთ ეს ფაქტორები, რათა სასურველი პროდუქტები წარმოიქმნას. რაც უფრო და უფრო ვსწავლობთ, უფრო მეტს ვიგებთ იმ ქიმიური რეაქციების შესახებ, რომლებიც მომზადებულ საჭმელს ასე გემრიელს ხდის... არც ისე ცუდი გამოყენებაა ქიმიის!
ბიბლიოგრაფია და დამატებითი საკითხავი:
- Formation of flavour compounds in the Maillard reaction – M A J S Van Boekel;
- The Maillard reaction turns 100 – S Everts, C&EN;
- Analysis of acrylamide in heated foodstuffs – E Tareke & others;
- Food – The chemistry of its components – T Coultate.
საჭმელი, საჭმლის მომზადება, ორგანული ქიმია, მეცნიერება, შემწვარი, მოხარშული, სწრაფი კვება.
Compound Interest | თარგმანი: ლაშა ხუციშვილი
კიდევ ერთი 2020 წლის ნობელის პრემია გაიცა 7 ოქტომბერს. ნობელის პრიზით ქიმიაში დაჯილდოვდნენ ემანუელ შარპენტიერი და ჯენიფერ დუდნა გენთა მოდიფიცირების ახალი მეთოდის შემუშავებისთვის, რომლის დორსაც ცილა CRISPR-Cas9 მუშაობს.
იხ. ნობელის პრემიის პრესა ან უფრო დეტალურ-მეცნიერული მიმოხილვა.
გენთა მოდიფიცირება, მაკრატელი, ნობელის პრემია 2020
ჩვენი სტუმრები
სწრაფი ბმულები
