супрамолекулярная химия это:

супрамолекулярная химия
Термин
супрамолекулярная химия
Термин на английском
supramolecular chemistry
Синонимы
Аббревиатуры
Связанные термины
биомиметика, ван-дер-ваальсово взаимодействие, водородная связь, гидрофобное взаимодействие, донорно-акцепторное взаимодействие, искусственный фотосинтез, клатратная структура, клатрат, молекулярный переключатель, ротаксаны, супрамолекулярная фотохимия, супрамолекулярные гели, супрамолекулярный катализ, темплат, темплатный эффект, хелаты, нанодиапазон
Определение
область химии, исследующая супрамолекулярные структуры (ансамбли, состоящие из двух и более молекул, удерживаемых вместе посредством межмолекулярных взаимодействий); "химия молекулярных ансамблей и межмолекулярных связей" (определение Ж.-М. Лена).
Описание

Традиционная химия основана на ковалентных связях между атомами. В то же время для синтеза сложных наносистем и молекулярных устройств, используемых в нанотехнологиях, возможностей одной ковалентной химии недостаточно, ведь такие системы могут содержать несколько тысяч атомов. На помощь приходят межмолекулярные взаимодействия – именно они помогают объединить отдельные молекулы в сложные ансамбли, называемые супрамолекулярными структурами.

Простейший пример супрамолекулярных структур – это комплексы типа «хозяин-гость». Хозяином (рецептором) обычно выступает большая органическая молекула с полостью в центре, а гостем – более простая молекула или ион. Например, циклические полиэфиры различного размера (краун-эфиры) довольно прочно связывают ионы щелочных металлов (рис. 1).

Для супрамолекулярных структур, характерны следующие свойства: 1) наличие не одного, а нескольких связывающих центров у хозяина. В краун-эфирах эту роль выполняют атомы кислорода, обладающие неподеленными электронными парами. 2) Комплементарность: геометрические структуры и электронные свойства хозяина и гостя взаимно дополняют друг друга. В краун-эфирах это проявляется в том, что диаметр полости должен соответствовать радиусу иона. Комплементарность позволяет хозяину осуществлять селективное связывание гостей строго определенной структуры. В супрамолекулярной химии это явление называют «молекулярное распознавание» (англ. – molecular recognition) (рис. 2). 3) Комплексы с большим числом связей между комплементарными хозяином и гостем обладают высокой структурной организацией.

Супрамолекулярные структуры очень широко распространены в живой природе. Все реакции в живых организмах протекают с участием ферментов – катализаторов белковой природы. Ферменты – идеальные молекулы-хозяева. Активный центр каждого фермента устроен таким образом, что в него может попасть только то вещество (субстрат), которое соответствует ему по размерам и энергии; с другими субстратами фермент реагировать не будет. Другим примером супрамолекулярных биохимических структур служат молекулы ДНК, в которых две полинуклеотидные цепи комплементарно связаны друг с другом посредством множества водородных связей. Каждая цепь является одновременно и гостем, и хозяином для другой цепи.

Основные типы нековалентных взаимодействий, формирующих супрамолекулярные структуры: ионные, ион-дипольные, ван-дер-ваальсовы, гидрофобные взаимодействия и водородные связи. Все нековалентные взаимодействия слабее ковалентных - их энергия редко достигает 100 кДж/моль, однако большое число связей между хозяином и гостем обеспечивает высокую устойчивость супрамолекулярных ансамблей. Нековалентные взаимодействия слабы индивидуально, но сильны коллективно.

Формирование супрамолекулярных ансамблей может происходить самопроизвольно – такое явление называют самосборкой. Это – процесс, в котором небольшие молекулярные компоненты самопроизвольно соединяются вместе, образуя намного более крупные и сложные супрамолекулярные агрегаты. При самосборке энтропия системы уменьшается, ?S < 0, поэтому для того, чтобы процесс был самопроизвольным, то есть имел отрицательную энергию Гиббса:

?G = ?HT?S < 0

необходимо, чтобы ?H < 0, и |?H| > |T?S|. Это означает, что самосборка происходит с выделением большого количества теплоты. Главной движущей силой самосборки служит стремление химических систем к понижению энергии Гиббса путем образования новых химических связей, энтальпийный эффект здесь преобладает над энтропийным.

Основные классы супрамолекулярных соединений - кавитанды, криптанды, каликсарены, комплексы "гость-хозяин", ротаксаны, катенаны, клатраты. К супрамолекулярным структурам можно также отнести мицеллы, липосомы, жидкие кристаллы.

Методы супрамолекулярной химии находят широкое применение в химическом анализе, медицине, катализе, фотохимии. Супрамолекулярные структуры - основа многих современных технологий, таких как экстракция биологически активных веществ, создание фото- и хемосенсоров, молекулярных электронных устройств, разработка нанокатализаторов, синтез материалов для нелинейной оптики, моделирование сложных биологических процессов (биомиметика).

Авторы
  • Еремин Вадим Владимирович, д.ф.-м.н.
Ссылки
  1. Лен Ж.-М. Супрамолекулярная химия. Концепции и перспективы. - Новосибирск: Наука, 1998 - 334 с.
  2. Стид Дж.В., Этвуд Дж.Л. Супрамолекулярная химия. - В 2-х тт. - М.: Академкнига, 2007
Иллюстрации
Рис. 1. Комплексы типа «хозяин-гость», образованные краун-эфирами и ионами щелочных металл

Рис. 1. Комплексы типа «хозяин-гость», образованные краун-эфирами и ионами щелочных металлов

Рис. 2. Молекулярное распознавание с помощью водородных связей

Рис. 2. Молекулярное распознавание с помощью водородных связей


Теги
Разделы
Нанокапсулирование лекарственных препаратов
Элементы солнечной энергетики
Органические светодиоды
Элементы или наборы элементов, контролируемо модифицированные функциональными молекулами, мицеллами или биологическими объектами субмикронных размеров
Нанотехнологии и наноматериалы в медицине (диагностика, системы доставки лекарств, эксипиенты, восстановление тканей и органов, другое)
Бионанотехнологии, биофункциональные наноматериалы и наноразмерные биомолекулярные устройства
Органические и полимерные наноматериалы и волокна
Молекулярная электроника и устройства на ее основе
Наноструктуры

Энциклопедический словарь нанотехнологий. — Роснано. 2010.

Смотреть что такое "супрамолекулярная химия" в других словарях:

  • Супрамолекулярная химия — Пример супрамолекулярного ансамбля, представленного Жан Мари Леном …   Википедия

  • супрамолекулярная химия — supramolekulinė chemija statusas T sritis chemija apibrėžtis Chemijos šaka, nagrinėjanti tarpmolekuliniais ryšiais susietų didelių molekulių kompleksų susidarymą ir savybes. atitikmenys: angl. supramolecular chemistry rus. супрамолекулярная химия …   Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

  • Химия почв — Химия почв  это раздел почвоведения, изучающий химические основы почвообразования и плодородия почв. Основой для решения этих вопросов служит исследование состава, свойств почв и протекающих в почвах процессов на ионно молекулярном и… …   Википедия

  • Химия одноуглеродных молекул — (С1 химия) раздел химии, изучающей различные классы веществ, в состав молекулы которых входит только один атом углерода. Как отдельная отрасль знаний С1 химия появляется с развитием перспективных технологий получения углеродсодержащего сырья,… …   Википедия

  • Химия высокомолекулярных соединений — Химия полимеров один из перспективных и успешно развивающихся разделов химической науки. Делится на разделы: физическая химия полимеров, структурная и т. д. Благодаря успешному развитию химии полимеров создаются новые материалы, нашедшие… …   Википедия

  • Химия — У этого термина существуют и другие значения, см. Химия (значения). Химия (от араб. کيمياء‎‎, произошедшего, предположительно, от египетского слова km.t (чёрный), откуда возникло также название Египта, чернозёма и свинца  «черная… …   Википедия

  • супрамолекулярная фотохимия — Термин супрамолекулярная фотохимия Термин на английском supramolecular photochemistry Синонимы Аббревиатуры Связанные термины бактериохлорофилл, искусственный фотосинтез, супрамолекулярная химия, хлорофилл Определение Раздел фотохимии, изучающий… …   Энциклопедический словарь нанотехнологий

  • Супрамолекулярная фотохимия — Рисунок 1: 2,2 бипиридил (bipy)  хромофор, широко применяемый в супрамолекулярной фотохимии (см. текст) …   Википедия

  • Химия окружающей среды — Не следует путать с Экологическая химия. Химия окружающей среды  раздел химии, изучающий химические превращения, происходящие в окружающей природной среде. Основные сведения Химия окружающей среды включает в себя более узкие разделы химии,… …   Википедия

  • Химия полимеров — Эту статью следует викифицировать. Пожалуйста, оформите её согласно правилам оформления статей …   Википедия

Книги

Другие книги по запросу «супрамолекулярная химия» >>


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»