Супрамолекулярна хімія

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Су́прамолекуля́рна хі́мія — міждисциплінарна галузь хімії, що зосереджується на вивчені хімічних систем, що складаються з певної визначеної кількості молекулярних блоків чи компонентів, індивідуальні властивості яких інтегровані у властивості всього ансамблю[2]. Сили, що відповідають за просторову організацію можуть варіюватися від слабких (міжмолекулярні, електростатичні сили чи водневий зв'язок) до сильних (наближаючись до ковалентних зв'язків), за умови, що ступінь електростатичної взаємодії між молекулярними компонентами залишається малим по відношенню до відповідних енергетичних параметрів компоненту[3][4].

Головна проблема, яку вивчає супрамолекулярна хімія – дослідження будови та властивостей надмолекулярних структур, які утворюються за рахунок невалентних взаємодій (водневий зв’язок, електростатичні взаємодії, гідрофобні сили) та існують і функціонують як хімічні індивіди. Енергія таких взаємодій є невеликою і тому лише участь багатьох центрів зв’язування може привести до більш сильної взаємодії між окремими частинками. Молекули в супрамолекулярній структурі (частинці), попри певні зміни, зберігають свою хімічну індивідуальність. Супрамолекулярна хімія торкається вивчення практично усіх органічних систем, по суті є місточком між класичною хімією і біологією. Сюди відносять, зокрема, асоціацію пептидів, утворення льоду, реологічні властивості нафти, поведінка світла в тонких плівках, властивості кераміки. Супрамолекулярна хімія має перспективу створення найсучасніших “хай-текових” технологій, нанотехнологій, що ведуть до створення нових матеріалів, надмалих електронних у т.ч. біосумісних пристроїв (чіпів), а також вирішення проблем екології. Так шкідливі забруднювачі (важкі метали тощо) можуть бути видалені із застосуванням систем здатних до молекулярного розпізнання.

У той час як традиційна хімія зосереджується на ковалентному зв'язку, супрамолекулярна хімія вивчає слабші та оборотні нековалентні взаємодії між молекулами. Ці сили включають водневі зв'язки, сили ван дер Ваальса, пі-пі взаємодію, електростатичні ефекти тощо. Важливими концепцієями супрамолекулярної хімії є молекулярна самоорганізація, фолдинг, молекулярне розпізнання, комплекс гість-господар, молекулярні ансамблі типу ключ-замок та ін.[5] Вивчення нековалентних взаємодій є надзвичайно важливим до розуміння біологічних процесів від клітинної структури до розуміння того, як залежить від цих сил структура та функції біологічних систем, тому останні дуже часто стають об'єктами інтенсивних супрамолекулярних досліджень.

Історія[ред.ред. код]

Супрамолекулярна хімія вважається молодою наукою, яка бере свій початок з кінця 1960-х - початку 1970-х років. Попри це, її концепції та уявлення, а також велика кількість простих (і не зовсім простих) супрамолекулярних хімічних систем були відомі з самого зародження хімії[2]. 1810 року Гемфрі Деві отримав газовий гідрат хлору, ця сполука належить до класу клатратів (газових гідратів). 1823 року Майкл Фарадей вивів формулу цього клатрата[2].

Існування міжмолекулярних зв'язків вперше відкрив Ян Дидерик ван дер Ваальс у 1873 році. Крім того, лауреат Нобелівської премії Герман Еміль Фішер розробив філософське підґрунтя супрамолекулярної хімії. У 1894 році[6], Фішер припустив, що фермент-субстратна взаємодія має форму "ключ-замок", сформулював основоположні принципи молекулярного розпізнавання та хімії гість-хазяїн. На початку ХХ століття нековалентні зв'язки були вивчені більш детально, а водневий зв'язок був описаний Латімером та Родебушем в 1920 році.

Використання цих принципів призвело до покращення розуміння структури білків та біологічних процесів. Наприклад, важливий прорив, який дозволив виявити подвійну спіральну структуру в ДНК стався, коли стало зрозуміло, що є два окремих ланцюга нуклеотидів, пов'язаних водневими зв'язками. Використання нековалентних зв'язків має важливе значення для реплікації, оскільки вони дозволяють розділюватися ланцюгу і використовуватися як матриці нового дволанцюжкового ДНК. Одночасно хіміки почали розпізнавати і вивчати синтетичні структури, засновані на нековалентних взаємодіях, таких як міцели та мікроемульсії.


Примітки[ред.ред. код]

  1. Hasenknopf, Bernold (1996). Self-Assembly of a Circular Double Helicate. Angewandte Chemie International Edition in English 35. с. 1838. doi:10.1002/anie.199618381. 
  2. а б в Дж.В. Стид, Дж.Л.Этвуд (2007). Супрамолекулярная химия 1 Т. (Російська). Москва: ИКЦ "Академкнига". с. 31. ISBN 978-5-94628-305-2. 
  3. Lehn JM (1993). Supramolecular chemistry. Science 260 (5115). с. 1762–3. doi:10.1126/science.8511582. PMID 8511582. 
  4. Supramolecular Chemistry, J.-M. Lehn, Wiley-VCH (1995) ISBN 978-3-527-29311-7
  5. Gennady V. Oshovsky, Dr. Dr., David N. Reinhoudt, Prof. Dr. Ir., Willem Verboom, Dr. (2007). Supramolecular Chemistry in Water. Angewandte Chemie International Edition 46 (14). с. 2366–2393. doi:10.1002/anie.200602815. 
  6. Fischer, E. (1894). Einfluss der Configuration auf die Wirkung der Enzyme. Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft 27 (3). с. 2985. doi:10.1002/cber.18940270364. 

Література[ред.ред. код]

  • Прикладна супрамолекулярна хімія / В.І.Рибаченко, Богуміл Бжезінскі, Л.І.Опейда, Богуслава Ленска, Н.І.Борисенко, Рафаїл Франьскі, Петро Пшибільскі, Іоанна Вирнал, Н.В.Ляпченко. За ред. Г.Шредера, В.Рибаченка та Й.Опейди. – Донецьк: ТОВ Юго-Восток Лтд., 2005. - 268 с.
  • Gdaniec M., Ibragimov B.T., Talipov S.A. Supramolecular Chemistry, vol. 6, Pergamon, Oxford, 1996.
  • Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Донецьк : Донбас, 2004. — ISBN 966-7804-14-3.
Chem template.svg Це незавершена стаття з хімії.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.