Супрамолекулярная химия

Пример супрамолекулярного ансамбля, представленного Жан-Мари Леном

Супрамолекулярный комплекс иона хлора, кукурбит[5]урила и кукурбит[10]урила.

Пример механически-скреплённого молекулярного ансамбля ротаксана.

Соединение типа гость-хозяин p-ксилиламмония, связанного с кукурбитурилом.

Внутримолекулярный ансамбль самопроизвольной сборки фолдамера Жан-Мари Лена

Супрамолекулярная (надмолекулярная) химия (Supramolecular chemistry) — междисциплинарная область науки, включающая химические, физические и биологические аспекты рассмотрения более сложных, чем молекулы, химических систем, связанных в единое целое посредством межмолекулярных (нековалентных) взаимодействий. Объекты супрамолекулярной химии — супрамолекулярные ансамбли, строящиеся самопроизвольно из комплементарных, т. е. имеющих геометрическое и химическое соответствие фрагментов, подобно самопроизвольной сборке сложнейших пространственных структур в живой клетке. Одной из фундаментальных проблем современной химии является направленное конструирование таких систем, создание из молекулярных «строительных блоков» высокоупорядоченных супрамолекулярных соединений с заданной структурой и свойствами. Супрамолекулярные образования характеризуются пространственным расположением своих компонентов, их архитектурой, «супраструктурой», а также типами межмолекулярных взаимодействий, удерживающих компоненты вместе. В целом межмолекулярные взаимодействия слабее, чем ковалентные связи, так что супрамолекулярные ассоциаты менее стабильны термодинамически, более лабильны кинетически и более гибки динамически, чем молекулы.

Согласно терминологии супрамолекулярной химии, компоненты супрамолекулярных ассоциатов принято называть рецептор (ρ) и субстрат (σ), где субстрат — меньший по размеру компонент, вступающий в связь. Термины соединение включения, клатрат и соединение (комплекс) типа гость—хозяин характеризуют соединения, существующие в твёрдом состоянии и относящиеся к твёрдым супрамолекулярным ансамблям.

Селективное связывание определённого субстрата σ и его рецептора ρ с образованием супермолекулы σρ происходит в результате процесса молекулярного распознавания. Если помимо центров связывания рецептор содержит реакционноспособные функциональные группы, он может влиять на химические превращения на связанном с ним субстрате, выступая в качестве супрамолекулярного катализатора. Липофильный, растворимый в мембранах рецептор может выступать в роли носителя, осуществляя транспорт, перенос связанного субстрата. Таким образом, молекулярное распознавание, превращение, перенос — это основные функции супрамолекулярных объектов.

Супрамолекулярную химию можно разделить на две широкие, частично перекрывающиеся области, в которых рассматриваются соответственно: 1) супермолекулы — хорошо определённые, дискретные олигомолекулярные образования, возникающие за счёт межмолекулярной ассоциации нескольких компонентов (рецептора и субстрата(ов)) в соответствии с некоторой «программой», работающей на основе принципов молекулярного распознавания; 2) супрамолекулярные ансамбли — полимолекулярные ассоциаты, возникающие в результате спонтанной ассоциации неопределённо большого числа компонентов в специфическую фазу, характеризуемую более или менее определённой организацией на микроскопическом уровне и макроскопическими свойствами, зависящими от природы фазы (плёнка, слой, мембрана, везикула, мезоморфная фаза, кристалл и т. д.).

Для описания расположения субстрата(ов) относительно рецептора используется специальный формализм. Внешние комплексы-аддукты могут быть обозначены как [A,B], или [A//B]. Для обозначения комплексов включения σ в ρ и частичного пересечения σ и ρ используются математические символы включения ⊂ и пересечения ∩ — [A⊂B] и [A∩B], соответственно. В современной химической литературе наряду с символом ∩ так же часто используется альтернативный символ @.

Впервые термин «супрамолекулярная химия» был введен в 1978 г. лауреатом Нобелевской премии Жаном-Мари Леном и определен как «химия, описывающая сложные образования, которые являются результатом ассоциации двух (или более) химических частиц, связанных вместе межмолекулярными силами». Последующие годы были отмечены взрывообразным развитием этой молодой междисциплинарной науки.

Основные классы соединений

• Рецепторы:
  • Кавитанды
  • Криптанды
  • Каликсарены

• Супермолекулы:
  • Комплексы типа гость-хозяин
  • Ротаксаны
  • Катенаны

• Ансамбли:
  • Мицеллы
  • Везикулы
  • Мембраны
  • Жидкие кристаллы

• Твёрдые соединения включения:
  • Клатраты
  • Интеркалаты

Литература

• Лен Ж.-М. Супрамолекулярная химия. Концепции и перспективы. — Новосибирск: Наука. Сибирское предприятие РАН, 1998. — 333 с.
• Стид Д. В., Этвуд Д. Л. Супрамолекулярная химия. В двух томах. — Москва, Академкнига, 2007. Том 1. — 480 с. Том 2. — 416 c.
• Зоркий П. М.. Лубнина И. Е. Супрамолекулярная химия: возникновение, развитие, перспективы. Вестн. Моск. Ун-та. Сер.2. Химия, 1999, Том.40. № 5. — с. 300—307.
• Пожарский А. Ф. Супрамолекулярная химия. Часть 2. Самоорганизующиеся молекулы. Соросовский образовательный журнал. 1997. Т. 9. — с. 40—47
• Дядин Ю.А. Супрамолекулярная химия: контактная стабилизация молекул
• Дмитриев И. С. Молекулы без химических связей. — Л.: Химия, 1980. — 160 с.
• Фенелонов В. Б. Введение в физическую химию формирования супрамолекулярной структуры адсорбентов и катализаторов. — Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2002. — 414 с. (2-е изд., испр. и доп. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2004. — 442 c.)
• Шилл Г. Катенаны, ротаксаны и узлы. Пер. с англ. — М., 1973.

См. также

• Координационная химия
• Нанотехнология
• Молекулярный компьютер
• Нанокомпьютер
• Самоорганизация
• Эволюционная химия

Ссылки

Химический портал — мир химии, веществ и превращений на страницах Википедии.

Разделы химии

 

Периодическая система химических элементов
Основные разделы	Неорганическая химия   Теоретическая химия  • Координационная химия  • Прикладная неорганическая химия  • Неорганический синтез Органическая химия   Биохимия Нейрохимия  • Функциональная биохимия  • Медицинская биохимия Химия полимеров  • Биоорганическая химия  • Металлоорганическая химия  • Стереохимия  • Химия одноуглеродных молекул Аналитическая химия   Вычислительная химия   Хемоинформатика  • Молекулярное моделирование  • Компьютерная химия  • Математическая химия  • Хемометрика Методы аналитической химии   Качественный анализ  • Количественный анализ Элементный анализ Рентгеноспектральный анализ  • Радиоактивационный анализ  • Масс-спектрометрия Другие методы анализа Титрование  • Объёмный анализ  • Гравиметрия  • Кулонометрия  • Колориметрия  • Фотометрия  • Капельный анализ  • Кристаллография  • Спектрофотометрия Физическая химия   Коллоидная химия  • Кристаллохимия  • Радиохимия  • Термохимия  • Учение о строении атома  • Учение о коррозии металлов  • Учение о растворах  • Химическая кинетика  • Фотохимия  • Химическая термодинамика  • Физико-химический анализ  • Теория реакционной способности химических соединений  • Химия высоких энергий  • Лазерная химия  • Радиационная химия  • Ядерная химия  • Электрохимия  • Звукохимия  • Структурная химия
Другие разделы	Космохимия • Супрамолекулярная химия • Нанохимия • Теоретическая химия • Квантовая химия
Прикладная химия	Химия окружающей среды   Геохимия  • Гидрохимия  • Зелёная химия  • Экологическая химия  • Химия почв  • Атмосферная химия Агрохимия • Косметическая химия • Нефтехимия • Токсикологическая химия
Связанные науки	Химическая метрология • Химическая физика • Биоинформатика • Минералогия • Материаловедение • Фармацевтика
См. также	Общая химия
Портал «Химия»  • Законы и теории химии