شیمی میزبان مهمان چیست؟

شیمی میزبان مهمان چیست؟

در یک تعریف کلی و ابتدایی باید گفت که شیمی میزبان مهمان، یکی از شاخه های شیمی سوپرامولکول است. در این شاخه از سوپرا مولکول، ما به بررسی ساختار هایی می پردازیم که در آن ها دو یا چند مولکول در هم فرو رفته و چنان به نظر می رسد که یکی میزبان است و دیگری مهمانی است که به درون آن وارد شده است.

توجه داشته باشید که در اینجا، نیرو هایی که باعث پایداری ساختار شده اند، نیرو های غیر کوالانسی بوده و از انواع مختلف برهمکنش های واندروالسی هستند. البته پیوند های هیدروژنی نیز نقش بسیار پر رنگی در شکل گیری و پایداری این ساختار ها ایفا می کنند.

به عنوان مثال و برای داشتن درک بصری بهتر، به تصویر زیر توجه کنید.

در این تصویر، مولکول پارازایلن دی آمونیوم (مولکول خاکستری رنگ) درون یک مولکول کورکوبیتوریل (مولکول بنفش رنگ) قرار گرفته است. در شیمی میزبان مهمان، ما فقط برهمکنش ها و ساختار های دو مولکولی نداریم. ممکن است ساختار هایی با سه یا تعداد بیشتر مولکول هم داشته باشیم. به عنوان مثال، به ساختار زیر توجه کنید.

ساختار ها می تواند از این هم پیچیده تر باشد. همچنین توجه داشته باشید که هیچ الزامی نیست که دو مولکول در هم فرو بروند؛ بسیار مواردی وجود دارد که در آن ها یک یون درون یک ساختار مولکولی قرار گرفته باشد. اتر های تاجی (کراون اتر ها) از بهترین مثال های این دسته هستند. به عنوان مثال، به تصویر زیر توجه کنید.

در این تصویر، یون های لیتیم، سدیم و پتاسیم در اتر های تاجی مختلف قرار گرفته اند (خطوط نقطه چین نشان دهنده برهمکنش ها هستند). اگر بخواهیم شیمی میزبان مهمان را توصیف کنیم، بهترین کار، نشان دادن آن در یک تصویر به صورت زیر خواهد بود.

کاربرد های شیمی میزبان مهمان

کاربرد در دارورسانی

یکی از بهترین و موثر ترین کاربرد های شیمی میزبان مهمان در دارورسانی دیده می شود. ما با استفاده از تکنیک های سوپرا مولکول و شیمی میزبان مهمان، می توانیم دارو های خاص را به اندام خاص برسانیم. یکی از بیشترین تلاش های صورت گرفته در این مورد، تلاش برای دارورسانی داروی دکستروروبیسین است.

دکستروروبیسین یکی از دارو های درمان سرطان است و جلوی تکثیر DNA را می گیرد. بنابراین نمی توانیم با تزریق یا خوراکی و به صورت معمول آن را به بیمار بدهیم (چون مانع تکثیر همه سلول ها خواهد شد) بنابراین باید به صورت کنترل شده و هدفمند، آن را صرفا به سلول های سرطانی رساند. برای این کار، از تکنیک های مختلف دارورسانی استفاده شده است که یکی از موفق ترین آن ها مبتنی بر شیمی میزبان مهمان می باشد.

کاربرد در ساخت آنزیم های مصنوعی

همه ما می دانیم که آنزیم ها توانایی بسیار بالایی در انجام برخی واکنش ها را دارند. به عنوان مثال ساده، در بدن ما آنزیم های بسیار زیادی هستند که غذای خورده شده را تجزیه کرده و برای مصرف سلول ها آماده می کنند. ساخت این آنزیم ها از طریق شیمیایی به شدت سخت و تقریبا غیر ممکن است؛ چون آنزیم ها ساختار های ویژه ای دارند که علاوه بر حساسیت نبست به دما، به بسیاری دیگر از شرایط محیطی نیز بستگی دارند.

از این رو ما به جای تلاش در راستای ساخت آنزیم ها، به سراغ شبیه سازی رفتار آن ها در ساختار های سوپرا مولکول و… می رویم و سعی می کنیم تا با این روش، به ساخت مصنوعی آن ها بپردازیم (در اینجا منظور از ساخت، همان شبیه سازی است).

به عنوان یک مثال از این کاربرد می توانیم به ساختار زیر اشاره کنیم.

ساخت و طراحی سنسور

یکی دیگر از کاربرد های بسیار جالب شیمی میزبان مهمان، ساخت و طراحی سنسور های مختلف است. در این راستا، ساختار های ویژه ای طراحی می شوند که نسبت به یک نوع ماده خاص گزینش پذیر باشند (فقط با یک ماده وارد برهمکنش شوند). در این صورت، ما می توانیم سیستم های نانومتری طراحی کنیم که بتوانند نوع خاصی از مواد را شناسایی کنند.

پاکسازی محیط زیست

ما می توانیم با استفاده از شیمی میز بان مهمان برخی آلودگی های خاص را از طبیعت حذف کنیم. مثلا حذف یون های سزیم 137 که ماده ای پرتو زا نیز می باشد، کاری بسیار مهم بوده و توسط شیمی میزبان مهمان قابل انجام است. ما با استفاده از مولکولی به نام  p-tert-butycalix[4]arene می توانیم این کار را انجام دهیم.

در شکل زیر می توانید این مولکول را مشاهده کنید.