Supramolekulární chemie

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání

Supramolekulární chemie je obor chemie, který se zaměřuje na nekovalentní vazebné interakce molekul. Tradiční organická syntéza se zabývá především vytvářením a přerušováním kovalentním vazeb s cílem vytvořit nové molekuly. Naproti tomu, supramolekulární chemie využívá slabší nekovalentní interakce, jako jsou vodíkové vazby, koordinace kovů, hydrofobní síly, van der Waalsovy vazby, π–π interakce a elektrostatické síly pro sdružování molekul do multimolekulárních komplexů. Důležité oblasti tohoto oboru jsou host-guest komplexy, sebeskladba (self-assembly) a molekulární rozpoznávání.

Historie[editovat | editovat zdroj]

Za zakladatele supramolekulární chemie jsou považování Donald J. Cram, Jean-Marie Lehn a Charles J. Pedersen, kteří získali v roce 1987 Nobelovu cenu za práci v této oblasti, především za výzkum tzv. host-guest komplexů.

Počátky[editovat | editovat zdroj]

Počátky supramolekulární chemie lze nalézt ve výzkumech biologických systémů, kde hrají nekovalentní interakce významnou roli. Např. dvoušroubovice DNA je tvořena dvěma řetězci, které jsou k sobě poutány pomocí vodíkových vazeb.

Využití[editovat | editovat zdroj]

Supramolekulární chemie a samosdružovací procesy jsou velmi důležitou součástí výzkumu nových materiálů. Produkty těchto procesů mohou sloužit jako materiály s novými magnetickými vlastnostmi, katalyticky aktivní látky, optické materiály, chemické senzory, apod.

Supramolekulární chemie také přispívá k farmaceutickému výzkumu. Důležitý je např. výzkum interakcí léku v organismu.

Typy nekovalentních interakcí[editovat | editovat zdroj]

Kation-π interakce jsou založeny na vzájemném působení kationtu a aromatické části molekuly s elektrondonorními substituenty. Ukazuje se, že hlavní příspěvek k této interakci je tvořen elektrostatickou interakcí náboje kationtu se kvadrupólem aromatického systému. [1] Anion-π interakce vznikají mezi aniontem a takovou aromatickou částí molekuly, která obsahuje elektronakceptorní substituenty. Tyto substituenty způsobí to, že dojde k takové změně nábojového rozložení, která způsobí inverzi kvadrupólového momentu daného aromatického systému oproti běžným derivátům benzenu. Tudíž dojde k přitažlivému elektrostatickému působení mezi kvadrupólem aromatické části molekuly a nábojem aniontu. [2]

Aren-aren interakce jsou interakce převážně disperzní charakteru, kdy spolu vzájemně interagují okamžité indukované dipóly jednotlivých arenů. Rozlišují se dvě hlavní skupiny aren-aren interakcí, tzv. π-π a CH-π. První z nich tj. π-π interakce se vyskytují mezi dvěma areny uspořádanými paralelně vůči sobě svými π-systémy. Zmíněná interakce je z většiny disperzního charakteru. Naproti tomu CH-π interakce se vyskytuje mezi aromatickým jádrem jednoho vazebného partnera a druhým vazebným aromatickým partnerem, který je vůči prvnímu jádru orientován svým vodíkovým atomem. V tomto případě krom disperzních interakcí hrají svou roli interakce kvadrupólů obou vazebných partnerů. [3]

Elektrostatické interakce nabitých částic se vyskytují mezi nabitými částicemi. V případě souhlasných nábojů se jedná o interakce odpudivé, v případě nesouhlasných nábojů o interakce přitažlivé.

Klasické vodíkové vazby se vykytují u látek, které ve své struktuře mají kovalentně vázán atom vodíku na atomu s velkou elektronegativitou jakou jsou dusík, kyslík. V důsledku nerovnoměrně rozloženého náboje v molekule se nachází vzniku kladného parciálního náboje na atomu vodíku a záporného na druhém atomu. Kladný parciální náboj na vodíku může interagovat interagovat s atomem s záporným parciálním nábojem v jiné molekule. [4]

Halogenové vazby se vyskytují mezi elektronegativní atomem disponujícím volným nevazebným elektronovým párem (donorem) a atomem halogenu (akceptorem). V některých případech tato interakce silou dokonce překonává vodíkové vazby, které byly až do nedávna považovány za nejsilnější z mezimolekulárních interakcí. [5]

Důležité oblasti supramolekulární chemie[editovat | editovat zdroj]