Chemia supramolekularna i nanotechnologia

Układy te stanowią podstawę nanotechnologii i znajdują zastosowanie jako nowe materiały o precyzyjnie kontrolowanych właściwościach fizycznych – od mikromacierzy po sztuczne układy zdolne są do samoreprodukowania się na wzór organizmów żywych.

Za osoby, które „stworzyły” ten dział badań uważa się zwykle Donalda J. Crama, Jean-Marie Lehna i Charlesa J. Pedersena (Nagroda Nobla 1987).

Chemia supramolekularna

Zajmuje się strukturami złożonymi z wielu podjednostek, które powstają samorzutnie na skutek słabych oddziaływań międzycząsteczkowych. (np.: kryptat potasu – supramolekularny kompleks kryptandu z kationem potasu)

Poszczególne elementy układów supramolekularnych mogą być także połączone za pomocą klasycznych wiązań kowalencyjnych, ale w odróżnieniu od „klasycznej” chemii organicznej, chemia supramolekularna skupia się na słabych oddziaływaniach niekowalencyjnych.

Oddziaływania międzycząsteczkowe

Do oddziaływań tych zalicza się (w kolejności od najsilniejszego do najsłabszego)

• Oddziaływania jon-jon (elektrostatyczne) – zachodzą między 2 różnoimiennie naładowanymi cząsteczkami

• Wiązania wodorowe

• Oddziaływania trwały dipol-trwały dipol – tworzą się między cząsteczkami posiadającymi trwałe momenty dipolowe.

• Oddziaływania van der Waalsa – są to oddziaływania między trwałym dipolem i wzbudzonymi dipolem.

Badanie oddziaływań niekowalencyjnych jest kluczowe dla zrozumienia praktycznie wszystkich procesów zachodzących w żywych komórkach.

Bardzo wiele makrocząsteczkowych układów biologicznych stanowiło inspirację dla podobnych układów stworzonych przez ludzi.

Wiele cząsteczek ma skłonność do spontanicznego łączenia się w regularne struktury, które często mają inne właściwości niż wolne, wyjściowe cząsteczki.

Typowym przykładem struktury nadcząsteczkowej jest helisa DNA, która składa się z 2 polimerycznych cząsteczek kwasów nukleinowych połączonych razem stosunkowo słabymi wiązaniami wodorowymi.

Chemia supramolekularna

Do ważnych koncepcji, które odgrywają duże znaczenie w tej dyscyplinie naukowej należy wymienić:

• Samoorganizację cząsteczek (np.: po przecięciu drzewa na pniu samoorganizują się słoje, dotyczy to głównie natury)

• Zwijanie się układów biopolimerycznych

• Rozpoznanie molekularne

• Dynamiczną chemię kombinatoryczną

Kokcydiostatyki

Kokcydiostatyki – antybiotyki lub chemioterapeutyki dozwolone do stosowania u zwierząt, głównie drobiu, w profilaktyce lub leczeniu choroby zwanej kokcydiozą, wywołanej przez pierwotniaki Eumeria.

Mogą działać kokcydiostatycznie – wstrzymywać rozwój pierwotniaków lub kokcydiobójczo – zabijają pierwotniaki.

Nie są wykorzystywane w leczeniu ludzi.

Wyróżniamy 2 rodzaje kokcydiostatyków:

• Jonoforowe (antybiotyki jonoforowe) – produkty fermentacji promieniowców z rodzaju Streptomyces, działają kokcydiostatycznie na Eimeria, poprzez zaburzenie transportu błonowego jonów sodu, potasu, magnezu i wapnia

• Chemiczne – związki syntetyczne, kokcydiostatyczne lub kokcydiobójcze, o różnym mechanizmie działania.

Chemia supramolekularna

Z drugiej strony zajmuje się projektowaniem i syntezą zupełnie nowych, nie występujących w naturze struktur takich jak suche kolumnowe elektrolity, nanorurki, ciepłe kryształy, dendrymery, związki makrocykliczne (etery koronowe) i wiele innych.

Biomimetryki (jako przykłady innych cząsteczek supramolekularnych)

Stanowią układy supramolekularne mające na celu imitowanie struktury lub własności naturalnych układów biologicznych.

Przykładami biomimetryków mogą być systemy sztucznej fotosyntezy, sztuczne receptory, peptydomimetryki lub modyfikowane chemicznie białka.

Maszyny molekularne

To pojedyncze cząsteczki lub ich układy zdolne do wykonywania ruchu bądź znacznych zmian w och geometrii pod wpływem bodźca zewnętrznego.

Podobnie jak w przypadku biomimetryków, głównym źródłem inspiracji przy projektowaniu takich struktur są układy biologiczne, np.: helisa DNA.

Bloki budulcowe w chemii supramolekularnej

Układy aktywne fotochemicznie i elektrochemicznie

Do najlepiej zbadanych i często stosowanych podjednostek tego rodzaju zalicza się układy bazujące na szkielecie porfiryny i związków pokrewnych. Związki te mają interesujące właściwości elektrochemiczne i fotochemiczne, które mogą być łatwo modyfikowane, wykazuję one także zdolność do tworzenia bardzo stabilnych kompleksów chelatowych z metalami przejściowymi.

Kompleksy chelatowe

Kompleksy chelatowe czyli takie, w których atom centralny wiąże się z kilkoma atomami tej samej cząsteczki ligandu.