chemia supramolekularna
 
Encyklopedia PWN
chemia supramolekularna, chemia „ponad cząsteczką”,
interdyscyplinarna dziedzina nauki zajmująca się syntezą złożonych układów molekularnych powstających w wyniku tworzenia się niekowalencyjnych połączeń międzycząsteczkowych (tzw. supercząsteczek) oraz badaniem ich struktury i właściwości.
Oddziaływania międzycząsteczkowe (oddziaływania elektrostatyczne, wiązania wodorowe, oddziaływania van der Waalsa) stanowią podstawę wysoce specyficznych procesów, którymi zajmuje się ch.s.; są to: rozpoznawanie supramolekularne, transformacja supramolekularna i transport supramolekularny. Rozpoznawanie supramolekularne polega na związaniu przez cząsteczkę zw. receptorem molekularnym tylko tej cząsteczki (lub jonu) zw. substratem, której kształt (geometria) oraz rozłożenie ładunków elektrycznych i miejsc wiążących (energia) odpowiadają geometrii i energii receptora. W jego wyniku powstaje supercząsteczka (która, jako jednostka o wyższej organizacji niż cząsteczka chem. wykazuje inne, dodatkowe funkcje w porównaniu z tworzącymi ją partnerami). Rozpoznawanie supramolekularne jest wykorzystywane do analizy (np. w elektrodach jonoselektywnych) i rozdzielania (np. w chromatografii, elektroforezie) mieszanin jonów nieorg., cząsteczek lub jonów organicznych. Transformacja supramolekularna jest procesem katalitycznym, polegającym na związaniu substratu przez receptor molekularny, ewentualnej aktywacji substratu, chem. przekształceniu substratu i uwolnieniu nowego produktu. Po uwolnieniu produktu receptor molekularny może brać udział w przekształcaniu kolejnej cząsteczki substratu. W reakcji katalizy supramolekularnej przekształceniu podlegają tylko te cząsteczki, które są komplementarne dla receptora, jest to więc proces selektywny. Transformacja supramolekularna jest często wykorzystywana w syntezie organicznej. Transport supramolekularny dotyczy gł. transportu przez błony półprzepuszczalne (membrany) oraz transportu między 2 nie mieszającymi się fazami; jest to proces selektywny, tzn. przenoszone są tylko te cząsteczki, dla których receptor został zaprojektowany; może odbywać się wg 2 mechanizmów: albo cząsteczka receptora umieszczona w membranie pobiera (wiąże) substrat znajdujący się z jednej strony membrany i utworzony w ten sposób kompleks supramolekularny wędruje poprzez membranę, uwalniając substrat po jej drugiej stronie, albo receptor supramolekularny tworzy w membranie kanał, przez który cząsteczki substratu mogą migrować na drugą stronę. W zakresie badań chemii supramolekularnej leżą tzw. urządzenia supramolekularne, które powstają w wyniku agregacji supercząsteczek. Mogą one być jedno- lub wielofunkcyjne, w zależności od rodzaju cząsteczek wchodzących w skład urządzenia. Urządzenie wielofunkcyjne może, w zależności np. od temperatury, przyłożonego napięcia elektrycznego lub pola magnet., naświetlenia promieniowaniem o określonej długości fali czy pH roztworu, wykazywać jedną z trzech (opisanych powyżej) funkcji charakterystycznych dla układów supramolekularnych. Jednym z podstawowych zadań chemii supramolekularnej jest konstruowanie receptorów molekularnych o określonych właściwościach i, na podstawie znanej struktury cząsteczkowej, przewidywanie sposobu wiązania substratów i powstawania supercząsteczek, a następnie powstawania i działania urządzeń supramolekularnych. Dzięki temu chemia supramolekularna wyjaśnia i odtwarza przebiegające w przyrodzie reakcje biochem., które zachodzą w żywych organizmach podczas: wiązania substratu przez białko, tworzenia kompleksu białko–białko, asocjacji antygen–antyciało, odczytywania i zapisywania kodu genetycznego, indukcji sygnału przez neurotransmitery, rozpoznawania komórkowego, reakcji enzymatycznych, transportu przez błony komórkowe itp. Projektowanie sztucznych, abiotycznych cząsteczek receptorów zdolnych do brania udziału w procesach o najwyższej efektywnosci wymaga zbadania, a następnie właściwego wykorzystania energ. i stereochem. właściwości oddziaływań międzycząsteczkowych w architekturze molekularnej supercząsteczek. Dynamiczny rozwój badań w tej dziedzinie zapoczątkowały w końcu lat 60. XX w. prace C.J. Pedersena oraz D.J. Crama i J.-M. Lehna. Termin chemia supramolekularna został sformułowany i rozpropagowany przez Lehna w latach 70. XX w. W Polsce najważniejszymi ośr. nauk., w których są prowadzone badania z zakresu ch.s. są: Inst. Chemii Fiz. PAN (Warszawa), Inst. Chemii Org. PAN (Warszawa), Centrum Chemii Polimerów PAN (Zabrze), wydziały chem. uniwersytetów w Warszawie, Krakowie, Poznaniu, Wrocławiu, wydziały chem. politechnik w Warszawie, Gdańsku, Łodzi, Poznaniu i Wrocławiu.
Bibliografia
J.-M. LEHN Chemia supramolekularna, Warszawa 1993.
Przeglądaj encyklopedię
Przeglądaj tabele i zestawienia
Przeglądaj ilustracje i multimedia