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.
Супрамолекулярна хімія | |
Тема вивчення/дослідження | d |
---|---|
Супрамолекулярна хімія у Вікісховищі |
Загальний опис
Фундаментальні причини та особливості
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.
Супрамолекулярна хімія як наука
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 тому числі біосумісних пристроїв (чипів), а також вирішення проблем екології. Так шкідливі забруднювачі (важкі метали тощо) можуть бути видалені із застосуванням систем здатних до молекулярного розпізнання.
Зв'язок із органічною хімією
Створення супрамолекулярних пристроїв (механізмів) включає у себе синтез органічних молекул, які несуть відповідну функцію, створення організованих багатомолекулярних ансамблів та створення молекулярних пристроїв.
Конструювання органічних молекул є задачею молекулярної хімії, яка вивчає питання організації окремих атомів, сполучення їх між собою та їх розташування один відносно одного з метою досягнення необхідних координаційних характеристик.
Зв'язок із традиційною хімією
Стандартні способи орієнтації матеріалів (кристалізація, орієнтація у потоці, епітаксія тощо) є непридатними для конструювання ансамблів молекулярних розмірів. Така задача вирішується шляхом самоорганізації й примусової організації. Раптове формування подвійної спіралі нуклеїнових кислот, під час якого відбувається розпізнавання й селективне спарювання остовів - класичний приклад самоорганізації. Іншим прикладом є самоорганізація моношарів алкілсилоксанів, жирних кислот, диалкілсульфідів, диалкілдисульфідів й тіолів на алюмінії, сріблі, золоті, оксиді кремнію тощо. Метод Ленгмюра-Блоджет є примусовим, оскільки формування моношару із заданою організацією на поверхні води й його перенесення на твердий остов потребує енергетичних витрат. Лише таким методом можуть бути отримані надґратки, тобто нанометрові шари органічних молекул, які впорядковані слідуванням по товщині. Застосування цього методу завжди призводить до утворення супрамолекулярних ансамблів, властивості яких визначаються злагодженою поведінкою молекул, що їх утворюють. Щоб така супрамолекулярна конструкція була пристроєм (механізмом), вона повинна бути наділена певною функціональністю з огляду на прагматику інженера. Ця проблема вирішується на більш високому рівні.
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, , електростатичні ефекти тощо. Важливими концепціями супрамолекулярної хімії є , фолдинг, молекулярне розпізнання, , та ін. 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.
Цей розділ потребує доповнення. |
Історія
Супрамолекулярна хімія вважається відносно 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. 1810 року Гемфрі Деві отримав газовий гідрат хлору, ця сполука належить до класу клатратів (газових гідратів). 1823 року Майкл Фарадей вивів формулу цього клатрата.
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, Фішер припустив, що фермент-субстратна взаємодія має форму «ключ-замок», сформулював основоположні принципи молекулярного розпізнавання та [en]. 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 дволанцюгового ДНК. Одночасно хіміки почали розпізнавати і вивчати синтетичні структури, засновані на нековалентних взаємодіях, таких як міцели та мікроемульсії.
Супрамолекулярні йонні канали
Природні транспорті білки характеризуються високим ступенем регульованості. Їх перехід з зачиненого у відчинений (або провідний) стан зазвичай відбувається в результаті певного процесу: фосфорилювання, зв'язування малих молекул (ацетилхоліну, катіонів кальцію тощо) або зміни трансмембранного потенціалу. Більшість штучних йонних каналів не регулюються: вони переходять із зачиненого стану у відчинений в результаті випадкових агрегаційних процесів у ліпідному бішарі.
У роботах повідомляється про створення потенціал-залежних йонних каналів на основі Ангстрем. Жорсткі амфіфільні стероїдні скелети сполук 10-13 позитивно впливають на стабільність утворюваних каналів.
та її похідних. Довжина каналів, які формуються цими сполуками, приблизно складає 40Див. також
Примітки
- Hasenknopf, Bernold (1996). Self-Assembly of a Circular Double Helicate. Angewandte Chemie International Edition in English. 35: 1838. doi:10.1002/anie.199618381.
{{}}
:|first2=
з пропущеним|last2=
();|first3=
з пропущеним|last3=
();|first4=
з пропущеним|last4=
();|first5=
з пропущеним|last5=
() - Дж.В. Стид, Дж.Л.Этвуд (2007). Супрамолекулярная химия 1 Т. (Російська) . Москва: ИКЦ "Академкнига". с. 31. ISBN .
- Lehn JM (1993). Supramolecular chemistry. Science. 260 (5115): 1762—3. doi:10.1126/science.8511582. PMID 8511582.
- Supramolecular Chemistry, J.-M. Lehn, Wiley-VCH (1995)
- 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): 2366—2393. doi:10.1002/anie.200602815.
- Fischer, E. (1894). Einfluss der Configuration auf die Wirkung der Enzyme. Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft (нім.). 27 (3): 2985. doi:10.1002/cber.18940270364.
- Y.Kobuke, T.Nagatani. J.Org.Chem.,66,5094(2001).
- Ch.Goto,M.Yammamura,A.Satake,Y.Kobuke.J.Am.Chem.Soc.,114,7618 (1992).
Література
- 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. — Д. : Східний видавничий дім, 2013. — Т. 3 : С — Я. — 644 с.
- Глосарій термінів з хімії / Укладачі Й. Опейда, О. Швайка. Інститут фізико-органічної хімії і вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка, Донецький національний університет. — Донецьк : Видавництво «Вебер», 2008. — 758 с.
Це незавершена стаття з хімії. Ви можете проєкту, виправивши або дописавши її. |
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Su pramolekulya rna hi miya mizhdisciplinarna galuz himiyi sho zoseredzhuyetsya na vivcheni himichnih sistem sho skladayutsya z pevnoyi viznachenoyi kilkosti molekulyarnih blokiv chi komponentiv individualni vlastivosti yakih integrovani u vlastivosti vsogo ansamblyu Supramolekulyarna himiyaTema vivchennya doslidzhennyad Supramolekulyarna himiya u VikishovishiPriklad Kavitand kukurbituril Zagalnij opisFundamentalni prichini ta osoblivosti Sili sho vidpovidayut za prostorovu organizaciyu mozhut variyuvatisya vid slabkih mizhmolekulyarni elektrostatichni sili chi vodnevij zv yazok do silnih nablizhayuchis do kovalentnih zv yazkiv za umovi sho stupin elektrostatichnoyi vzayemodiyi mizh molekulyarnimi komponentami zalishayetsya malim po vidnoshennyu do vidpovidnih energetichnih parametriv komponentu Supramolekulyarna himiya yak nauka Golovna problema yaku vivchaye supramolekulyarna himiya doslidzhennya budovi ta vlastivostej nadmolekulyarnih struktur yaki utvoryuyutsya za rahunok nevalentnih vzayemodij vodnevij zv yazok elektrostatichni vzayemodiyi gidrofobni sili ta isnuyut i funkcionuyut yak himichni individi Energiya takih vzayemodij ye nevelikoyu i tomu lishe uchast bagatoh centriv zv yazuvannya mozhe privesti do bilsh silnoyi vzayemodiyi mizh okremimi chastinkami Molekuli v supramolekulyarnij strukturi chastinci popri pevni zmini zberigayut svoyu himichnu individualnist Supramolekulyarna himiya torkayetsya vivchennya praktichno usih organichnih sistem po suti ye mistochkom mizh klasichnoyu himiyeyu i biologiyeyu Syudi vidnosyat zokrema asociaciyu peptidiv utvorennya lodu reologichni vlastivosti nafti povedinka svitla v tonkih plivkah vlastivosti keramiki Supramolekulyarna himiya maye perspektivu stvorennya najsuchasnishih haj tekovih tehnologij nanotehnologij sho vedut do stvorennya novih materialiv nadmalih elektronnih u tomu chisli biosumisnih pristroyiv chipiv a takozh virishennya problem ekologiyi Tak shkidlivi zabrudnyuvachi vazhki metali tosho mozhut buti vidaleni iz zastosuvannyam sistem zdatnih do molekulyarnogo rozpiznannya Zv yazok iz organichnoyu himiyeyu Stvorennya supramolekulyarnih pristroyiv mehanizmiv vklyuchaye u sebe sintez organichnih molekul yaki nesut vidpovidnu funkciyu stvorennya organizovanih bagatomolekulyarnih ansambliv ta stvorennya molekulyarnih pristroyiv Konstruyuvannya organichnih molekul ye zadacheyu molekulyarnoyi himiyi yaka vivchaye pitannya organizaciyi okremih atomiv spoluchennya yih mizh soboyu ta yih roztashuvannya odin vidnosno odnogo z metoyu dosyagnennya neobhidnih koordinacijnih harakteristik Zv yazok iz tradicijnoyu himiyeyuStandartni sposobi oriyentaciyi materialiv kristalizaciya oriyentaciya u potoci epitaksiya tosho ye nepridatnimi dlya konstruyuvannya ansambliv molekulyarnih rozmiriv Taka zadacha virishuyetsya shlyahom samoorganizaciyi j primusovoyi organizaciyi Raptove formuvannya podvijnoyi spirali nukleyinovih kislot pid chas yakogo vidbuvayetsya rozpiznavannya j selektivne sparyuvannya ostoviv klasichnij priklad samoorganizaciyi Inshim prikladom ye samoorganizaciya monoshariv alkilsiloksaniv zhirnih kislot dialkilsulfidiv dialkildisulfidiv j tioliv na alyuminiyi sribli zoloti oksidi kremniyu tosho Metod Lengmyura Blodzhet ye primusovim oskilki formuvannya monosharu iz zadanoyu organizaciyeyu na poverhni vodi j jogo perenesennya na tverdij ostov potrebuye energetichnih vitrat Lishe takim metodom mozhut buti otrimani nadgratki tobto nanometrovi shari organichnih molekul yaki vporyadkovani sliduvannyam po tovshini Zastosuvannya cogo metodu zavzhdi prizvodit do utvorennya supramolekulyarnih ansambliv vlastivosti yakih viznachayutsya zlagodzhenoyu povedinkoyu molekul sho yih utvoryuyut Shob taka supramolekulyarna konstrukciya bula pristroyem mehanizmom vona povinna buti nadilena pevnoyu funkcionalnistyu z oglyadu na pragmatiku inzhenera Cya problema virishuyetsya na bilsh visokomu rivni U toj chas yak tradicijna himiya zoseredzhuyetsya na kovalentnomu zv yazku supramolekulyarna himiya vivchaye slabshi ta oborotni nekovalentni vzayemodiyi mizh molekulami Ci sili vklyuchayut vodnevi zv yazki sili van der Vaalsa inshi movi elektrostatichni efekti tosho Vazhlivimi koncepciyami supramolekulyarnoyi himiyi ye inshi movi folding molekulyarne rozpiznannya inshi movi ta in Vivchennya nekovalentnih vzayemodij ye nadzvichajno vazhlivim do rozuminnya biologichnih procesiv vid klitinnoyi strukturi do rozuminnya togo yak zalezhit vid cih sil struktura ta funkciyi biologichnih sistem tomu ostanni duzhe chasto stayut ob yektami intensivnih supramolekulyarnih doslidzhen Cej rozdil potrebuye dopovnennya IstoriyaSupramolekulyarna himiya vvazhayetsya vidnosno molodoyu naukoyu yaka bere svij pochatok z kincya 1960 h pochatku 1970 h rokiv Popri ce yiyi koncepciyi ta uyavlennya a takozh velika kilkist prostih i ne zovsim prostih supramolekulyarnih himichnih sistem buli vidomi z samogo zarodzhennya himiyi 1810 roku Gemfri Devi otrimav gazovij gidrat hloru cya spoluka nalezhit do klasu klatrativ gazovih gidrativ 1823 roku Majkl Faradej viviv formulu cogo klatrata Isnuvannya mizhmolekulyarnih zv yazkiv vpershe vidkriv Yan Diderik van der Vaals u 1873 roci Krim togo laureat Nobelivskoyi premiyi German Emil Fisher rozrobiv filosofske pidgruntya supramolekulyarnoyi himiyi U 1894 roci Fisher pripustiv sho ferment substratna vzayemodiya maye formu klyuch zamok sformulyuvav osnovopolozhni principi molekulyarnogo rozpiznavannya ta en Na pochatku HH stolittya nekovalentni zv yazki buli vivcheni bilsh detalno a vodnevij zv yazok buv opisanij Latimerom ta Rodebushem v 1920 roci Vikoristannya cih principiv prizvelo do pokrashennya rozuminnya strukturi bilkiv ta biologichnih procesiv Napriklad vazhlivij proriv yakij dozvoliv viyaviti podvijnu spiralnu strukturu v DNK stavsya koli stalo zrozumilo sho ye dva okremih lancyuga nukleotidiv pov yazanih vodnevimi zv yazkami Vikoristannya nekovalentnih zv yazkiv maye vazhlive znachennya dlya replikaciyi oskilki voni dozvolyayut rozdilyuvatisya lancyugu i vikoristovuvatisya yak matrici novogo dvolancyugovogo DNK Odnochasno himiki pochali rozpiznavati i vivchati sintetichni strukturi zasnovani na nekovalentnih vzayemodiyah takih yak miceli ta mikroemulsiyi Vid molekulyarnoyi do supramolekulyarnoyi himiyiSupramolekulyarni jonni kanaliPrirodni transporti bilki harakterizuyutsya visokim stupenem regulovanosti Yih perehid z zachinenogo u vidchinenij abo providnij stan zazvichaj vidbuvayetsya v rezultati pevnogo procesu fosforilyuvannya zv yazuvannya malih molekul acetilholinu kationiv kalciyu tosho abo zmini transmembrannogo potencialu Bilshist shtuchnih jonnih kanaliv ne regulyuyutsya voni perehodyat iz zachinenogo stanu u vidchinenij v rezultati vipadkovih agregacijnih procesiv u lipidnomu bishari U robotah povidomlyayetsya pro stvorennya potencial zalezhnih jonnih kanaliv na osnovi inshi movi ta yiyi pohidnih Dovzhina kanaliv yaki formuyutsya cimi spolukami priblizno skladaye 40 Angstrem Zhorstki amfifilni steroyidni skeleti spoluk 10 13 pozitivno vplivayut na stabilnist utvoryuvanih kanaliv Div takozhSuprafasialna reakciyaPrimitkiPortal Himiya Hasenknopf Bernold 1996 Self Assembly of a Circular Double Helicate Angewandte Chemie International Edition in English 35 1838 doi 10 1002 anie 199618381 a href wiki D0 A8 D0 B0 D0 B1 D0 BB D0 BE D0 BD Cite journal title Shablon Cite journal cite journal a first2 z propushenim last2 dovidka first3 z propushenim last3 dovidka first4 z propushenim last4 dovidka first5 z propushenim last5 dovidka Dzh V Stid Dzh L Etvud 2007 Supramolekulyarnaya himiya 1 T Rosijska Moskva IKC Akademkniga s 31 ISBN 978 5 94628 305 2 Lehn JM 1993 Supramolecular chemistry Science 260 5115 1762 3 doi 10 1126 science 8511582 PMID 8511582 Supramolecular Chemistry J M Lehn Wiley VCH 1995 ISBN 978 3 527 29311 7 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 2366 2393 doi 10 1002 anie 200602815 Fischer E 1894 Einfluss der Configuration auf die Wirkung der Enzyme Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft nim 27 3 2985 doi 10 1002 cber 18940270364 Y Kobuke T Nagatani J Org Chem 66 5094 2001 Ch Goto M Yammamura A Satake Y Kobuke J Am Chem Soc 114 7618 1992 LiteraturaPrikladna supramolekulyarna himiya V I Ribachenko Bogumil Bzhezinski L I Opejda Boguslava Lenska N I Borisenko Rafayil Franski Petro Pshibilski Ioanna Virnal N V Lyapchenko Za red G Shredera V Ribachenka ta J Opejdi Doneck TOV Yugo Vostok Ltd 2005 268 s Gdaniec M Ibragimov B T Talipov S A Supramolecular Chemistry vol 6 Pergamon Oxford 1996 Mala girnicha enciklopediya u 3 t za red V S Bileckogo D Shidnij vidavnichij dim 2013 T 3 S Ya 644 s Glosarij terminiv z himiyi Ukladachi J Opejda O Shvajka Institut fiziko organichnoyi himiyi i vuglehimiyi im L M Litvinenka Doneckij nacionalnij universitet Doneck Vidavnictvo Veber 2008 758 s Ce nezavershena stattya z himiyi Vi mozhete dopomogti proyektu vipravivshi abo dopisavshi yiyi