Современная химия




Супрамолекулярная химия в современном состоянии

супрамолекулярная химия в современном состоянии

Сколько вы обычно носите в сумке или в кармане ключей? Наверняка, у вас есть ключ от внешней и внутренней дверей квартиры, скорее всего от почтового ящика, ну а у тех, кто работает или водит машину, еще, как минимум, найдется пара ключей. Но сколько бы их ни было, каждый ключ подходит только к строго определенному замку – в этом-то и заключается смысл существования ключа (и замка тоже). Оказывается, на аналогичном принципе “ключ-замок” основана способность биологических молекул к самоорганизации и селективному взаимодействию с другими частицами, называемая молекулярным распознаванием. Только благодаря ей возможно, например, образование двойных спиралей ДНК или возникновение – в ответ на попадание чужеродного тела в организм – иммунных реакций, заключающихся в синтезе специальных белков для нейтрализации «непрошенных гостей». Стремление исследователей реализовать такие процессы в искусственно созданных системах было настолько велико, что привело к формированию на рубеже 80-90-х годов отдельной области химии, названной французским ученым Ж.-М. Леном (лауреатом нобелевской премии) супрамолекулярной химией.

Супрамолекулярная химия – раздел химии, описывающий сложные образования, которые являются результатом ассоциации двух и более химических частиц, связанных вместе межмолекулярными силами. Супрамолекулярная химия – химия молекулярных ансамблей и межмолекулярных связей.

Современная супрамолекулярная химия изучает процессы молекулярного распознавания и селективного связывания молекул в так называемые супермолекулы и супрамолекулярные ансамбли. «Супрамолекулы» представляют собой отдельные крупные образования, состоящие из большого, но обязательно конечного числа молекулярных олигомеров. В то же время супрамолекулярные ансамбли, к которым относятся мембраны, везикулы, «мицеллы», «дендримеры», «блоксополимеры», клатраты, являются полимолекулярными системами, возникающими в результате спонтанной ассоциации компонентов и обладающие определенной пространственной организацией, с которой часто связаны уникальные физико-химическими свойства.

Образование супермолекул подразумевает комплементарность (геометрическую и химическую взаимодополняемость) составляющих ее элементов, называемых молекулярными рецептором и субстратом. Во всех супрамолекулярных системах рецептор (хозяин) содержит молекулярные центры (точно так же как замок – замочную скважину), нацеленные на селективное связывание определенного субстрата-«ключа» (или «гостя»). Как и в обычной химии, для связывания молекул должны возникнуть определенные взаимодействия, за счет которых произойдет упорядочение в пространстве молекулярных блоков и сформируется супрамолекулярная «архитектура». Однако, в отличие от привычных нам молекул, в которых атомы объединены ковалентными или ионными связями, в «супермолекулах» удерживание отдельных фрагментов происходит за счет невалентных межмолекулярных взаимодействий, к которым относятся водородные связи, электростатические силы и лиофильные-лиофобные взаимодействия. Почему же супрамолекулярные системы не распадаются на составные части, спросите вы – ведь энергия таких взаимодействий на 1-2 порядка ниже энергии валентных связей? Конечно, если подвесить тяжелый предмет на тонкой ниточке, то она обязательно порвется, однако если таких нитей будет много, нагрузка распределится между ними равномерно – получится прочный канат. Вот и в случае слабых связей в ансамблях – когда их становится много, это приводят к образованию устойчивых и вместе с тем гибко изменяющих свою структуру ассоциатов. Такое сочетание прочности и способности быстро и обратимо реагировать на внешние воздействия является характерной чертой всех биологических молекулярных систем – нуклеиновых кислот, ферментов, белков. Однако супрамолекулярная химия далеко не ограничивается биологическими системами – аналогичные принципы действуют и при образовании неорганических комплексных соединений типа “гость-хозяин”. К примеру, в случае краун-эфиров наличие кислородных центров дает возможность образования устойчивых комплексов с ионами металлов, селективность к которым строго определяется соответствием размера металла объему внутренней полости цикла.

Для супрамолекулярных систем важнейшим является принцип комплементарности: геометрическое, топологическое и зарядовое соответствие гостя и хозяина. Размер полости хозяина определяет размер «желанного» гостя; чем точнее соответствие «гость-хозяин», тем выше устойчивость ансамбля.

В настоящее время новая область неорганической химии – химия клатратов и соединений внедрения - активно развивается, внося огромный вклад как в фундаментальные знания, так и в практические разработки новых материалов. Это обусловлено тем, что уже сегодня супрамолекулярные системы находят широкое применение в сорбции и селективном катализе, рассматриваются в качестве наиболее перспективных кандидатов для захоронения радиоактивных отходов и разработки лекарственных препаратов нового поколения: так, если помимо центров распознавания и связывания рецептор содержит другие функциональные группы, то после образования супрамолекулярной системы он может выступать в роли носителя, осуществляя направленный транспорт связанного с ним субстрата в определенные области организма.

 


Читайте:


Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Новинки полимеров:

КОМПОЗИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ В ГОРНОЙ ДОБЫЧЕ

News image

Руда добывается либо подземной проходкой выработки по породе, либо же снятием слоя за слоем почвы и прохождением сквозь горные породы с помощью техн...

НОВЫЕ АНТИПРИГАРНЫЕ ПОКРЫТИЯ TEFLON

News image

Покрытия, в основу которых положена запатентованная технология, первыми в своей отрасли получили допуск к контакту с пищевыми продуктами. Производит...

БУМАГА ВМЕСТО ХОЛОДИЛЬНИКОВ

News image

Израильские исследователи из Бар-Иланского Университета совместно с коллегами из Красноярского Института химии и химических технологий, разработали ...

РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ПОФ ПЛЕНОК

News image

Интересно отметить, что в связи с тем, что эффект «пленочной глазури» улучшает внешний вид товара и защищает от пыли, ПОФ-пленки используют для упак...

Новые продукты оргсинтеза:

ФУМАРОВАЯ КИСЛОТА

News image

Продукт не токсичен. Фумаровая кислота широко используется в кормлении птицы. Установлено 5 основных функций фумаровой кислоты в организме птицы: 1. Легкодоступный источник и активатор образовани...

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛУЗГИ РИСА В ПРОИЗВОДСТВЕ КРЕМНИЯ

News image

Несмотря на то, что кремний использовался первобытным человеком ещё 600 тысяч лет назад в виде каменных орудий труда, возможности этого элемента и его соединений раскрывались в течение столетий чрез...

ПОЛУЧЕНИЕ ЛЬНЯНОГО МАСЛА

News image

Льняное масло относится к быстровысыхающим маслам, так как легко полимеризуется в присутствии кислорода воздуха («высыхает»). Эта способность обусловлена высоким содержанием ненасыщенных жирных кисл...

Авторизация



YOU ARE HERE: Главная - Новости неорганической химии - Супрамолекулярная химия в современном состоянии

Великие химики:

ГАБЕР (Haber), Фриц

News image

Немецкий химик Фриц Габер родился в г. Бреслау (ныне г. Вроцлав, Польша) и был единственным сыном Зигфрида Габера и его первой жены, его кузины Паул...

ДЭВИ (Cavendish), Гемфри

News image

Английский физик и химик Генри Кавендиш родился в Ницце; второй сын лорда Чарлза Кавендиша, герцога Девонширского. В 1749–1753 гг. обучался в Кембри...

Институты химии:

Институт химии твердого тела УрО РАН

News image

Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской Академии Наук (ИХТТ УрО РАН) - один из ведущих научных центров фундаментальных и прикла...

Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья

News image

Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья был создан на базе лаборатории геохимиии и аналитической химии Геологического Инст...