Capitol 4d

7/26/2019 Capitol 4d

http://slidepdf.com/reader/full/capitol-4d 1/21

4.6. Fenomene de transport prin membrane lichide

Ca si in cazul modelelor naturale, adica, membranele biologice, si la nivelulmembranelor sintetice exista o serie de fenomene de transport. Teoretic au foststabilite trei tipuri de sisteme de transport, (difuzia, transportul facilitat sitransportul activ) cu diferente, in functie de caracteristicile substanteitransportate si anume: transportul cationilor, anionilor sau a moleculelor neutre.Fenomenele de transport care se regasesc la nivelul membranelor lichide pot fiprivite, asa cum de altfel am si amintit deja ca duble extractii intre care apar procese de transport prin fazele lichide in contact. Difuzia presupune, in

general, un transfer de substanta realizat in sensul unui gradient deconcentartie, p, etc. !rocesul se opreste odata cu disparitia gradientului dintrefazele lichide aflate in contact. "n cazul transportului facilitat , acesta se poaterealiza doar prin prezenta transportorilor (la nivelul membranar) care permit (prinprocese de recunoastere selectiva si cuplare) transportul anumitor specii(#recunoscute$ de acestia) din FS in FR traversand membrana lichida M.Transportul activ se poate defini ca fiind o translocare (din FS in FR cutraversarea membranei M) de substanta care are loc contrar unui gradient si lafel ca si in cazul transportului facilitat este ajutat de transportori. "n continuarevom incerca sa prezentam, pe scurt, tipurile de transport enumerate si sadefinim cateva marimi care caracterizeaza, de regula o membraba lichida.

III.1.Caracterizarea membranelor lichide!rocesele de complexare mai sus%mentionate sunt asociate in cazul

transportului printr%o membrana lichida cu procesele difuzionale prin membranalichida.Transportul mediat (sau facilitat) al speciilor chimice printr%o membrana lichidaeste curent folosit, deoarece poate oferi o serie de facilitati, printre care de mareimportanta sunt rapiditatea in transport si selectivitatea. "n aceasta situatie estenecesar a aborda intreg procesul de transport prin membrana lichida, tinandseama si de echilibrele de formare a complexului dintre specia de interes sitransportor, respectiv desfacerea acestui complex. &stfel de echilibre serealizeaza intr%o prima etapa la interfata FS'M si apoi la cea de%a doua interfataM'FR.Figura prezinta schematic un proces de transport ce se realizeaza la nivelul

unei membrane lichide. *arimile relevante pentru descrierea unui transportfacilitat sunt: constantele de echilibru (+ex) si constantele de viteza (f si

respectiv r ), coeficientii de difuzie ai compusului chimic d(&) si respectiv ai

complexului d(&C), concentratiile initiale ale tuturor speciilor si grosimeamembranei (l). -ocul acestor parametrii va determina fluxul prin membrana alsolutului. "n incercarea de a descrie cat mai fidel fenomenul de transport, obelcreaza un model ce imbina constantele fizice cu parametrii de viteza rezultandastfel marimile: +, / si 0

K = Kex[A] 1!

1



" = dA#!$%r l&

&!

' = (dA#!$dA!)([#] * [A#]!$[A]) +!

!arametrii adimensionali au fost utilizati in calcularea factorului de facilitate,notat cu F care se defineste astfel:

F fluxul in prezenta transportorului

fluxul in absenta transportorului=

4!

Factorul de echilibru +, este o masura a magnitudinii complexarii la o anumitaconcentratie a compusului chimic.Factorul cinetic, / reprezinta raportul dintre timpul de reactie si cel de difuzie. &stfel, o valoare mica a lui / va corespunde unui transport determinat de difuzie

(limitativ de difuzie) in timp ce o valoare mare va indica un transport determinatcinetic (limitativ cinetic).Factorul concentratie'mobilitate, 0, compara coeficientii de concentratie si dedifuzie al compusului chimic si respectiv al complexului."n toate cazurile mentionate este necesar sa se cunoasca fluxul de compuschimic (- &).Fluxul compusului chimic (&) printr%o membrana de grosime l este directdependent de gradientul de concentratie (1c &) redat de prima lege a lui Fic:

JA

dA

C

lA

=∆

,!

unde semnificatia termenilor este redata in figura

Fluxurile mari se pot obtine doar atunci cand se mentine o diferenta mare depotential chimic, membrana fiind subtire implicand astfel o difuzivitate a speciilor destul de mare (d &).

"n cazul membranelor lichide celulare, la care ne referim, grosimea stratului dedifuzie (l) este comparabila cu stratul ernst, dependent de conditiileexperimentale, cuprins intre 2%2 m.

"n scopul obtinerii unor selectivitati considerabile, in stratul membranar estenecesara prezenta unui receptor specific pentru substrat care poate juca rolulunui transportor intre cele doua faze apoase. &stfel apare practiv, transportulfacilitat, adica #ajutat$ de anumiti cacausi care pot fi de la caz la caz naturali sausintetici, aciclici sau ciclici.3n modelul simplu de transport, conceput de 4eusch si Cussler inca de la

inceputul anilor saptezeci (567), se foloseste ca baza pentru sistemele maicomplicate.!rofilul variatiei concentratiei intr%o astfel de membrana este prezentatschematic in (Figura 8.8):

2



Fi-ra 4.14.

Profilul concentratiilor printr-o membrana lichida

Transportul din faza sursa apoasa (FS), prin membrana organica lichida M!, infaza receptoare apoasa (FR) poate fi privit esalonat in urmatoarele etape:i.) difuzia prin stratul limita al fazei apoase sursa

JA

dA

[A] [A

ls 1

= − ]

s

6!

9&s ; concentratia solutului in FS<

9&s ; concentratia solutului in stratul limita apos<l ; grosimea membranei- & ; fluxul compusului &ii.) complexarea la interfata F&'*iii.) difuzia prin stratul limita membranar

J B d B

[CA1

] [CA]m

lm

=

+

/!

9C& ; concentratia complexului la interfata FS'M<9C&m ; concentratia complexului im membrana<lm ; grosimea stratului limita membranar<

d= ;coeficientul de difuzie al complexului C& prin membrana<-= ;fluxul de complex prin membranaiv) transportul prin convectie prin membranav.) difuzia prin stratul limita membranar la cealalta interfata (M'FR)

JB

dB

[CA]m [CA 2 ]

lm

∗=

+

0!

9C&m ; concentratia complexului in membrana<

3



9C&> ; concentatia complexului in stratul limita membranar de le interfata M'FR(figura )<-=? ; fluxul de complex la interfata M'FRvi.) decomplexarea la interfata M'FRvii.) difuzia prin stratul limita apos

JA

dA

[A2

]r

[A]r

la

∗=

+

!

9&>r ; concentratia compusului & in stratul limita al FR (fig.)<9&r ; concentratia compusului & in FRla ; lungimea stratului limita apos de la interfata *'FR<

- &? ; fluxul de compus & in FR.@upa cum se poate observa din Figura , este vorba de fapt, de doua extractiisuccesive (F&'* si respectiv *'FR) definite fiecare de cate o ecuatiecaracteristica a fluxului, si anume (6), si (5). Adata definite extractiile , sistemulse poate rezolva presupunand:

• conditia de stare stationara (fluxurile sunt egale)

• echilibrul termodinamic la complexare si respectiv la decomplexare.

"n cazul cel mai simplu, cand in membrana nu exista transportor, specia sedistribui intre faze definindu%se un coeficient de repartitie:

A2 Ao 13!

D p

[A]o[A]

w=

11!

in care 2 si o simbolizeaza cele doua faze (apoasa si respectiv organica).@p ; coeficientul (sau constanta) de repartitie al speciei & intre fazelemembranare.Bcuatia fluxului speciei & prin membrana in acest caz va fi:

[A]s

[A]r

J 2

la

d 2

lm

dm

D p

A

−

= +

1&!

"n cazul mai multor compusi transportati, a caror dimensiuni sunt comparabile,viteza de transport va depinde doar de coeficientul de repartitie (@p) al acestora<selectivitatea fiind in fapt rezultatul solubilitatii diferentiate al compusilor in fazelemembranare.Bxistenta in faza membranara a unui transportor (C) capabil sa complexezecompusul & (substratul) implica echilibrul:

Am * #m A#m 1+!

caracterizat de constanta +a

4



K a[AC]m

[A]m[C]m=

14!

implicit etapele iii.) si vii.) vor putea fi descrise prin urmatoarele ecuatii:

K D K a p ex=14!

Ca urmare si a proceselor difuzionale, ecuatia fluxului va fi de forma:

[A [A]

J

l

D

l

D p

]s r a

Aa

m

B2 2 D !

−

= + + J t

1,!

unde fluxul total J t :

J tK ex C

1 K ex[A]s!1 K ex[A]r !=

+ + 16!

Bfectul implicarii transportorilor influenteaza valoarea fluxului J t astfel:

• fluxul pozitiv (J t A) indica o rezistenta scazuta a membranei, rezistenta

micsorata prin prezenta transportorilor<

• un flux pozitiv este proportional de regula cu concentratia de transportor<

• fluxul este independent de concentratia initiala de compus (& D) in cazul

in care 9&D are valori mici si este dependent de 9&D pentru valori mariale acesteia.

!rin agitarea fazelor membranare se obtin concentratii constante ale compusului

transportat pentru fiecare faza membranara in parte (& D;&D< &;&m;&>< &r>;&r )."n aceasta situatie fluxurule de compus & vor depinde doar de proceseledifuzionale din straturile respective sau altfel spus procesul este limitat difuzionalprin straturile de la interfata. @aca specia chimica & este un cation, traversareade catre acesta a unei membrane poate fi realizata prin intermediul unuicomplex supramolecular de tipul 9C...*E% solubil in faza membranara.Constanta de extractie +ex a acestuia este de forma:

K D K a p ex["#$]m

[" ]w[#]w[$ ]w

= =+ −

10!

"zatt si colab. au studiat acest tip de membrana cu precadere pentru situatiaionilor metalelor alcaline conducand la obtinerea de noi expresii matematice ale

fluxului in cazul transportului uni% si poli%cationilor. A ecuatie simpla a fluxului,utilizata de majoritatea cercetatorilor a considerat scaderea concentratiei instraturile limita apoase care este mult mai mica decat scaderea concentratiei instartul limita organic:

J K CDB2lm ex o

[A]s2

1 K ex[A]s2

[A]r 2

1 [A]r 2

= −+ +

1!

%



&lura transportului perechilor de ioni este in esenta acelasi cu cea atransportului compusilor neutrii: fluxul - este proportional cu concentratiatransportului, prezentand saturarea corespunzatoare concentratiei de substrat infaza apoasa si este optim (cand 9& r A)."n cazul transportului mediat efectul structurii transportorilor asupra fluxului seregaseste in expresia:

CoJ

lmd

lmdK a D p[A]s

2 2= +

&3!

@esi aceasta propunere nu a fost inca validata in toate cazurile totusi relatia sementine pentru foarte multe situatii.!rocesul de transport mediat poate fi influentat si de alti factori cum ar fi:

• stabilitatea complexului (ca si in cazul precedent)< la extractia din FS in

M o stabilitate mare a complexului poate impiedica desfacerea lui lacealalta interfata M'FR<

• influenta anionului pereche<

• influenta fazelor apoase si organice (prin natura acestora ce implica si

posibilitatea lor de saturare reciproca)<

• mecanismul de transport ( transportul mediat putatnd fi de la caz la caz

un transport facilitat sau un transport activ)

3n exemplu apropiat de membranele biologice poate fi asimilat cu celce implica carausi naturali, pe cand la nivelul membranelor artificiale ne bazampe receptori naturali dar si sintetici de tip macrociclic. !rezentam mai jos catevaexemple de transportori naturali si sintetici implicati frecvent in procesele detransport prin membranele lichid

III. 2. Tipuri de carausi implicati in procesele de transport.

Compusii care au rolul de a facilita sau media transferul unor speciichimice poarta numele de transportori sau carausi.Transportorii care vor fi prezentati in acest capitol sunt implicati cu precadere inprocese chimice interfazice (faze nemiscibile). "ntr%o prima incercare declasificare, acestia pot fi cuprinsi in doua mari categorii si anume:

• transportori macrociclici cu cicluri inchise (plan inelare, bi% si

tridimensionale sferice, etc.)

• transportori macrociclici cu cicluri deschise (!BG%uri, surfactanti, saruri

cuaternare de amoniu, etc.)

III.&.1. ransportori macrociclici c cilri inchise

Hiteratura de specialitate include in clasa mare a transportorilor macrociclici cucicluri inchise atat compusi naturali (ionofori, cum ar fi cei din clasa antibioticelor naturale, saruri cuaternare de amoniu sau ciclodextrine)77,78 cat si sintetici (etericoroana, criptanzi, sferanzi, calixarene, sau ciclodextrine modificate ).

&



III.&.1.1. Iono5ori de tip antibiotice natrale"nca din 52 au fost izolate unele antibiotice (nigericina si lasalocidul sau &>7I6) cu proprietati remarcabile in ceea ce priveste complexarea selectiva sitransportul unor cationi alcalini prin membranele celulare.

Delectivitatea complexarii este cunoscuta la majoritatea antibioticelor ionofore,ele fiind capabile sa discearna chiar cationii alcalini aE, +E. 3n exemplu il poateconstitui valinomicina care complexeaza de de ori mai usor +E fata deaE, in special in medii neapoase (hidrofobe).

O

O

O

O O

O

O

O O O

O

ON O

N

O

N

O

O

N

O

N

O

N

alinomicinaJalinomicina, ionofor apartinand clasei antibioticelor naturale, a fost izolataprima data in 522 din Dtreptomices fulvissimus. &sa cum se poate observa sidin figura de mai sus, Jalinomicina contine in structura sa 7I de entitatireprezentate de doi amino acizi (H%valina si respectiv @%valina)si doi hidroxiacizi( @%acid hidroxiizovaleric si respectiv acidul H%lactic) dispusi alternativ astfel incatsa formeze un inel. &sa cum am mentionat, valinomicina s%a remarcat indeosebiprin selectivitatea sa fata de aE'+E permitand astfel cationilor monovalenti prin

membrana lipidica sintetica sau chiar naturala ( un exemplu in acest cazconstituindu%l #pompa aE'+E$ ce functioneaza la nivelul membranelor biologice). &ntibioticele de tip ionofori sunt molecule similare celor biologice capabile sa#recunoasca$ anumiti ioni si sa%i transporte prin peretele membranar celular.@escoperirea ulterioara si a altor ionofori naturali (eniatina, beauvarina,nonactina, lasalocidul, etc.) a confirmat obtinerea de complecsi cu variaterapoarte de complexare.

'



O

O

O OOO

O O O

O

O

O

7onactina &rmstrong si colaboratorii comunica recent noi antibiotice (care se regasesc si in

terapeutica) a caror structura macrociclica si proprietati fizico%chimice,chiralitate, aciditate, bazicitate, etc. permite o selectie riguroasa a unor compusiorganici si in acest fel separarea acestora (prin !HC si in special electroforezacapilara). &stfel de compusi poarta denumirea de selectori."nspirandu%se din arhitecturile polimacrociclice ale ionoforilor naturali, ulterior afost posibila obtinerea unor compusi ciclici similari, sintetici. !rintre acestia senumara eterii polimacrociclici de tip eteri coroana sau derivati ai acestora.

III.&.1.&.#iclodextrinele

Ciclodextrinele sunt tot compusi cu structura ciclica care iau nastere prin legareaunitatilor de glucoza, in urma actiunii unor enzime, rezultand o macromoleculacu o cavitate interna de forma tronconica.

(

() &

(() 2

) 3( ) 3(

(

() &

(

) 3(

(

() &

(

) 3(

(

() &(

() 2(

() &

(

() 2

(

(

) 3(

() 2

(

(

R 6O

R 6O

OR 3

OR 3

R 2O

R 2O

R 2O

#iclodextrinaCiclodextrinele sunt oligozaharide constituite din K%I molecule de glucoza, cugrupari hidroxil glicozidice plasate in exterior la baza mare a trunchiului de coniar celelalte grupari hidroxil marginesc in interior baza mica, asa cum se prezinta

*



in figura 8.2. A astfel de structura confera proprietati exopolarofile siendohidrofobe.

secundare

glicozidice

grupari -OH

densitate elec-

tronica mare

.. ... . .

...

....

hidroxil primara

Fi-ra 4.1,.Prezentarea schematica a functionarii unei ciclodextrine

!e de alta parte, cavitatea tronconica rezultata are proprietati complexante dar si de stereoselectivitate printr%o restrictie dimensionala. "n fine, proprietatileoptime active ale ciclodextrinelor confera in acest context si o selectivitate pebaza de chiralitate conducand la un #receptor$ important cu multiple implicatiipentru modele experimentale."n afara transportorilor naturali (prezentati mai sus), exista si o serie de

transportori macrociclici sintetici folositi uzual in procesele interfazice

&.1.+.1.+. 8terii coroana

A alta clasa de compusi obtinuti prin sinteza, utilizati ulterior in procese detransfer interfazic, sunt eterii coroana. &cesti compusi au fost sintetizati de !edersen si colaboratorii sai inca din 5K6.Bi prezinta in structura lor cicluri eterice de dimensiuni variabile avand unitatastructurala de baza %9%C>%C>%A%n%

umarul acestor compusi la ora actuala este mare, dovedind pe de o parteinteresul pentru clasa chimica ce o reprezinta, iar pe de alta parte justificandpreocuparile practice prin domeniile in care sunt implicati. *ai jos suntprezentate cateva exemple de astfel de compusi (fig.8.K):

n , - 12./oroana.4!

n , 2 1*./oroana.&!

n , 1 1%./oroana.%!(

(

(

((

! n

0



O

O

O

O

O

OO

O

O

O

O

O O

O

O

O

O

O

109coroana96 :iciclohexil9109coroana96 :iben;o9109coroana96109#96! :#<109#96! :109#96!

(

(

(

(

S& 109#96

( (

(

(

N O N

O

O

O

!n

!m

m , n , 1 211!

m , n , 2 222!

m , 2 n , 1 221!

7&109#96 #riptan;i

N

O

O

O

O

X

N

NN

O

O

O

O

X

5 !

is9eteri coroana c centrii 5otosensibili

1-



O

OOCH

3

O

O

O

O

O !m

!n

!n

!

m

ON

O

O

O

O

OCH3

m , - 1 2

n , - 1 2

8teri coroana tip lariat

11



("e

("e"e(

"e(

#alixarene

O

O O

O

O

O

COOH

HOOC

HOOC

COOH

8teri coroana chiraliFi-ra 4.16.

Cateva exemple de coronanzi si criptanzi

Gruparile polare si nepolare, se orienteaza diferit in functie de natura mediului,conducand la forme diverse ale macrociclurilor eterice (ex. in medii nepolare,atomii de oxigen se orienteaza spre interiorul, inelului, gruparile apolarehidrocarbonate aranjandu%se spre exterior, conferind o solubilitate mai bunaeterilor in mediul respectiv). "n general BC prezinta proprietati bazice datoritaelectronilor neparticipanti ai oxigenilor (conform teoriei HeLis). &cesti compusi isigasesc aplicabilitatea, in mod frecvent, in procese chimice ce se desfasoara inmedii eterogene, fiind utilizati cel mai adesea ca transportori datorita proprietatiilor de a #prinde$ pe principiul gazda%oaspete specii pozitive sau specii neutreprin interactii de data aceasta prin punti de hidrogen.@e la primul eter coroana (@=I%C%K) descoperit de !edersen (!remiul obel in5I6 alaturi de @.-.Cram si -.*.Hehn) pana in prezent s%au sintetizat circa 8de compusi de tip BC permitand totodata fundamentarea noului domeniu alchimiei supramoleculare ( discutat pe larg in paragraful anterior). A explicatie aacestei activitati se datoreaza proprietatilor complexante ale BC care s%au pututextinde ulterior si asupra anionilor sau chiar a moleculelor neutre.!rin complexarea unei specii pozitive ( cu precadere cationi proveniti de lametalele alcaline si alcalino%pamantoase) s%a ajuns la formarea de complecsisupramoleculari, stabili, in prezenta unui anion pereche. &ceasta constituie

12





!aradoxal, cresterea numarului de grupari situate pe lantul flexibil conduceuneori la o scadere a stabilitatii unor astfel de complecsi. A explicatie poate fi sicresterea numarului de legaturi ce produce o scadere a posibilitatiiconformationale ale lantului flexibil, limitand astfel accesul cationului in interiorulcavitatii macrociclului.!rezenta a doua lanturi flexibile grefate pe un macrociclu conduce la crestereainteractiei intre cation si ligand si la activarea anionului prin mentinerea lui ladistanta mai mare fata de cation.3nii BC prezinta grupari laterale care le confera activitate optica, conducandastfel la importante aplicatii cu precadere privind selectivitatea unor speciiracemice (recunoasterea chirala, Fig.>).Bxista BC care prezinta la capatul lantului flexibil o grupare terminala caredatorita structurii sale chimice (de exemplu >) poate conduce la formarea

unor complecsi intramoleculari prin interactia gruparii (de obicei protonata) cuinteriorul cavitati macrociclului. @e aceea acesti BC au posibilitatea de acomplexa foarte puternic in medii bazice si nu in medii acide (datorita protonariigruparii amino care conduce la o autocomplexare).3lterior, prin imbunatatirea procedeelor de sinteza, s%a reusit obtinerea unor compusi cu structuri bidimensionale (criptanzii, Fig. >) sau tridimensionale(sferanzii, calixarenele, Fig.>).

III.&. &. ransportori macrociclici c ciclri deschise

III.&..&.1. Sarri caternare de amoni

"n acest sens prima clasa de compusi care se impune a fi prezentata este cea asarurilor cuaternare de amoniu. &cesti compusi au fost printre primii utilizati cu

succes in procesele de transport interfazic.@upa cum este cunoscut unele saruri cuaternare de amoniu pot participa cusucces in procese de transfer interfazic avand rolul de #carausi$. &stfel decompusi sunt implicati in special in procese de cataliza prin transfer interfazic(termen introdus de Dtar si ulterior de *aosza), mecanismul procesului putandfi redat astfel:

+

+ +

+ -

- -

- ! C" #C"...$ !

! C" #C"...$ !

a%.

org.

+ + +

+Fi-ra 4.1/.

ecanismul transferului in cataliza interfazica

@in figura 8.6 se observa repartitia bifazica a transportorului (notat cu CB)permitand schimbul de anioni dintre sarea cuaternara de amoniu si reactant (infaza apoasa notata in figura 8.6 cu a>.) totodata realizandu%se si transferul (infaza organica notata in figura 8.6 cu or-.) acestuia din urma. Bste facilitata in

14



acest mod reactia cu participarea substratului organic si implicit formareaprodusilor de reactie. "n general procesul de transfer este influentat dehidrofobicitatea speciei cationice, taria ionica a fazei apoase, natura solventuluiprecum si a anionului pereche.

III.&.&.&.?olietilen-licolii si -limele

Dunt cunoscuti compusii de tip polietilenglicolic (!BG) care, datoritaproprietatilor lor au numeroase aplicatii."n practica farmaceutica se utilizeaza compusi sintetici capabili sa facilitezetraversarea #peretelui$ lipofilic membranar de catre nenumarate medicamente (inmarea majoritate cu hidrofolicitate apreciabila). &stfel de compusi suntpolietilenglicolii (!BG%urile), sau surfactantii (cu precadere cei neionici).!BG%urile fac parte din clasa tensioactivelor neionice avand in structura lor

lanturi ce contin unitati de tip %C>%C>%A% si grupe hidroxil (%A) terminale. Aastfel de structura reprezinta un macrociclu de tip BC deschis de uinde siproprietatile lor asemanatoare compusilor macrociclici.

n66

(

(

( (

(

(

n"e "e

!rin alchilarea grupelor terminale rezulta compusi utilizati ca agenti activi desuprafata, sau de dispersie, cunoscuti sub numele de glime (Tabelul 8.>)

Tabelul 8.>.Surfactantii neionici de tip PEG-modificat intalniti frecvent in obtinerea de faze

structurale folosite ca membrane sintetice@R?ARIB8<I:RCFIBI#8 @R?ARIB8 <I:RCFC8

#A878B8 :8B8@ARA

:87MIR8DABA

Colesterol Bter Dolulan

&lcool cu lant lung de atomide carbon

Bter =rij

&cizi cu lant lung de atomi decarbon

Bster *Mrij

&cizi cu lant lung de atomi decarbon

inele Dorbitan TLeen

!olietileni &lchil%fenoli Bter Triton

&lchil%amide &mide %

&lchil%amine % %

!olioxipropilene % %

Trigliceride cu lant lung deatomi de carbon

Bster %

Dimilar BC, !BG%urile prezinta perechi de electroni neparticipanti care le conferaun caracter slab bazic. "n aceasta situatie complexarea unei specii incarcatepozitiv se datoreaza infasurarii in spirala a acesteia de catre lantulpolietilenglicolic. !rin realizarea spiralarii lantului de !BG se creaza de fapt un

1%



#canal$ cu sarcina negativa care interactioneaza electrostatic cu speciacationica.Dtabilitatea unor astfel de complecsi este dependenta de dimensiunea canaluluiformat, de distanta dintre sarcini precum si de lungimea si hidrofobicitatealantului polietilenic."mplicarea surfactantilor se regaseste de regula in studii ce utilizeaza micelii simicelii inverse, vezicule, faze lichide cristaline (faze lamelare), straturi polimericeduble cu arhitecturi elicoidale (mimand matricea &@%ului), etc.. &tat chimia supramoleculara cat si recunoasterea moleculara au implicatiiimportante in procesele de repartitie si extractie a complecsilor supramoleculariprin rolul exercitat de caracteristicile fazelor de reactie. "n acest sens suntimportante unele aspecte referitoare la procesele de extractie care ar influentamodelarea membranelor lichide considerand sistemul membranar ca o extractie

dubla.

III. &. Mecanisme de transport prin membranele lichide

Traversarea membranei lichide se poate realiza printr%un sistem de transportpasiv sau un sistem de transport activ. Transportul pasiv se realizeaza prindifuzia speciei chimice in sensul gradientului de concentratie fara implicareaunui consum energetic. "n aceasta situatie se incadreaza procesul difuzionalpasiv precum si cel facilitat. Transportul activ promoveaza activitatea detraversare a membranei impotriva gradientului de concentratie.ransportl pasiE

Transportul pasiv (sau difuzia pasiva) este mecanismul cel mai simplu

de transport al unui solut printr%o membrana. &cesta nu este cuplat cu nici o altatransformare, solut difuzand dintr%o parte ion alta a membranei fara existentaunor interactii specifice cu un alt compus. "n cadrul difuziei pasive, se studiazade obicei, numai transportul solutilor neincarcati cu sarcina electrica, transportcare se poate realiza si in absenta unui potential electric transmembranar @eplasarea solutului in astfel de procese, se realizeaza numia in sensul scaderiiconcentratiei sale. !entru astfel de transporturi care decurg spontan, valoareaenergiei libere este totdeauna negativa ( G NA). Cantitatea de substanta ce

traverseaza membrana in unitatea de timp printr%un proces de difuzie pasivaeste data de valoarea fluxului sau. "n cadrul transportului pasiv se regasesctoate implicatiile fenomenului difuzional descris anterior.

"n afara difuziei pasive in sistemele membranareapare si difuziafacilitata &ceasta se realizeaza in prezenta si cu ajutorul unor molecule numite

#carausi$ sau #transportori$.ransportl mediat sa 5acilitatTransportul mediat a aparut ca o consecinta a incompatibilitatii difuziei

pasive a anumitor soluti organici datorita fie:i.# % vitezei mari de difuzie care impiedica observarea marimii sau caracterului lor hidrofil<ii.# % aparitiei unei saturatii a vitezei de difuzie datorita cresterii concentratieiinterne a solutului<iii.# % inhibitiei difuziei solutului datorita prezentei in membrana a unor analogistructurali solutului.

1&



@eci se poate afirma ca toate procesele de transport mediat prinmembranele biologice, indeplinesc cele trei proprietati caracteristice si anume:specificitatea substartului, saturabilitatea sa precum si inhibitia sa specifica(descrise anterior).

Toate aceste caracteristici pot fi explicate prin prezenta la nivelulmembranei a unui compus cu rol de a recunoaste si a fixa solutul respectiv,accelerand totodata deplasarea lui prin membrana. "n aceasta situatie vorbimdespre o difuzie facilitata cunoscuta si sub denumirea d edifuzie mediata sautransport mediat.

Ca si in cazul difuziei pasive, in procesul de difuzie mediat, deplasareasolutului se va realiza doar in sensul scaderii potentialului electrochimic (sau aoricarui alta marime fizico%chimica). &stfel fluxul net al solutului se opreste inmomentul egalarii potentialelor electrochimice existente initial in cele doua

compartimente membranare (denumite FD sau F4). Di in aceasta situatie putemvorbi despre o difuzie #spontana$ deoarece nu exista un aport sau cuplajenergetic.

&ccelerarea deplasarii solutilor in aceasta situatie se datoreaza deciprezentei #carausilor$ sau in cazul membranelor suportate a canalelor membranare sau a porilor membranari. &cestia sunt principalii #responsabili$pentru difuzia facilitata. "n fapt ei #prind$ specific si selectiv compusul ceurmeaza a fi transportat, il #trag$ astfel in faza membranara (n care nu ar puteapatrunde altfel sau ar patrunde cu mare greutate), il #trec$ prin aceasta si il#elibereaza$ in faza receptoare. &stfel de transferuri pot fi realizate fie prinschimbarea conformatiei #carausului$ la cele doua interfete membranare (FD'*si respectiv *'F4), situatie intalnita (si dovedita experimental), a avea loc si lanivelul membranelor naturale, fie prin schimbarea conditiilor de mediu la cele

doua interfete permitand astfel cacausilor sa #cupleze$ sau sa #elibereze$ (dupacaz) compusul transportat.

"n continuare vom prezenta pe scurt pe scurt cel de%al treilea tip detransport membranar care apare ca rezultat al unui surplus se #energie$ necesar solutului pentru a se deplasa contrar gradientului sau de concentratie.ransportl actiE

!rocesul de transport activ este unul dintre principalele procesele careau loc la nivelul membranei. &ceasta permite, mare, o concetrare a unui solut(fie el molecula neutra sau ion) intr%una din fazele membranere (FD sau F4).

De cunoaste ca printr%un proces de diluare a unei solutii, entropia ( D)

creste, moleculele solutului fiind in aceasta situatie mult mai departate unele fatade altele, creste bineinteles gradul lor de dezordine. "n mod similar cand sesupune concentrarii o solutie, se produce si o scadere a entropiei sale (gradul

de dezordine), datorita apropierilor intermoleculare. !rin urmare este evident catrebuie depusa o energie suplimentara pentru concentrarea unei solutii, acestlucru nerealizandu%se spontan.

"n mod similar, in cazul solutului ce traverseaza membrana, impotrivaunui gradient de concentratie, se consuma o cantitate de energie necesaradesfasurarii procesului de transport.

De poate defini transportul activ ca un proces in care sistemul, inansamblu, castiga energie libera (1G). @aca (1G) atunci sigur procesul detransport nu se realizeaza spontan ci este cuplat cu alte reactii.

1'



"n general, sistemele de transport facilitat si activ sunt sisteme de transportcuplat. Transportul compusului chimic ce trebuie sa traverseze membrana de lao concentratie mica la o concentratie mare se realizeaza simultan cu transportul#pasiv$ al unei alte specii in sens invers sensului permis de compusul chimic deinteres (fig. 8.I b.). &stfel de sisteme sunt strict dependente de o forma deenergie.Cele doua sisteme de transport pot fi prezentate astfel:

Transportul pasiv Transport activ a b

Fi-ra 4.10$isteme de transport in procesele membranare% a. transpotul pasiv& b.

transportul activ

Bste necesar sa se precizeze ca la baza acestor sisteme de transport stauprocesele difuzionale anterior discutate. &stfel, indiferent de natura sistemuluimembranar, difuzia prin lichidele membranare presupune succesiunea a celputin o parte din urmatoarele etape:

1. difuzia speciei chimice (*E &%) din faza apoasa sursa (FS) la

interfata cu membrana M!<

1*



1. adsorbtia speciei chimice (*E &%) precum si a carausului (C) lainterfata<

1. formarea complexului transportor%specie chimica transportata

9*E &...C la interfata FS'M<

1. desorbtia complexului de la interfata M'FR<

1. difuzia complexului transportor%specie transportata 9*E &%...C in

interiorul membranei.

1. difuzia transportorului printr%o cinetica de retur de la FR la FS.

&ceste sase faze descriu un proces tipic de extractie. @upa cum se accepta,separarile cu ajutorul membranelor lichide pot fi considerate, procese de dublaextractie sisteme lichid%lichid, in echilibru."n mod similar, la cealalta interfata membranara (membrana%faza receptoare) au

loc aceleasi procese dar in sens invers astfel incat, in faza receptoare ( FR) safie eliberata specia chimica transportata astfel incat transportorul devinedisponibil sa preia din nou specia din FS.!rocesul de transport tratat global este complet, el fiind compus atat din etapede difuzie cat si din procese de interfata. &cestea din urma pot avea loc succesivdar si simultan pe cele doua interfete."n scopul realizarii unui model matematic este necesar sa se stabileasca etapadeterminanta de viteza in procesul de traversare a membranei.*odelele fenomenologice propuse de diferiti autori considera de la caz la caztransportul limitat, fie de difuzia speciilor chimice prin membrana, fie de reactiilede complexare%decomplexare ce se desfasoara la cele doua interfete.Bste necesar sa se precizeze ca si modelarea in ambele situatii se refera doar lasisteme aflate in stare stationara. Gradientii de concentratie ai diverselor specii

chimice vor fi considerati ca existenti numai de o parte si de alta a celor douainterfete, zone destul de inguste, numite straturi ernst sau straturi limita dereactie. Ble se caracterizeaza prin grosimi constante dar destul de mici. @incolode aceste straturi, concentratia speciilor se considera a fi constanta, aceastarealizandu%se prin agitarea celor doua faze. *ajoritatea cercetarilor au pornit instabilirea vitezei de transport in sistem, de la legea intai a lui Fic. &cestea aufost deja prezentate in capitolele anterioare

@esi tehnologia de obtinere a membranelor sintetice pentru diverseprocese de separare a cunoscut o inflorire in ultimii ani, totusi noi si noi generatiiatrag atentia specialistilor, generatii a caror performante se apropie tot mai multde performantele membranei biolo'ice.

Dtiinta viitorului, dupa cum se contureaza, va cere un sinergism perfectintre specialistii in membrane sintetice si cei in membrane biologice.

@e la obtinerea unor produse farmaceutice cat mai eficiente care prindescompunere in organism sa nu conduca la la obtinerea de substante toxicepana la utilizarea in practica chirurgicala moderna a unor asa%numite organeartificiale (care sa le inlocuiasca pe cele #naturale$ pe durata operatiei sau chiaro periaoda mai indelungata) toate au la baza studii biomembranare foarteamanuntite. Tot studiile pe membrane lichide au facut posibila dezvolotarea ,#exploziva$ a diversitati structurale a transportorilor precum si a anionilor%pereche (acolo unde au fost necesari).

"n general membranele lichide se pot inscrie intr%un concept mai largprivind procese si tehnici de separare si'sau concentrare, procese care sunt

10



frecvent intalnite atat la nivel industrial cat si in medicina, farmacie biologie si nuin ultimul caz in laboaratoarele de cercetare

2-



Documents

Capitol 4d