Wstęp do chemii supramolekularnej
Nowe, zaktualizowane wydanie wprowadzenia do chemii supramolekularnej,
uwzględniające najważniejsze dla tej dziedziny grupy związków tworzących kompleksy
inkluzyjne (etery koronowe, kaliksareny, sferandy, karcerandy, cyklodekstryny, fullereny,
nanorurki, dendrymery, cyklofany) oraz agregaty molekularne (membrany lipidowe, micele,
ciekłe kryształy, maszyny molekularne), samoorganizujące się makrocząsteczki w
układach żywych (wirus mozaiki tytoniowej, DNA, błony komórkowe, receptory, układy
porfirynowe, pompy protonowe), a także fascynujące układy supramolekularne (rozety,
wstęgi, kapsułki, zeolity organiczne, łańcuchy, drabinki, klatki, struktury
metaloorganiczne i ciekłe materiały porowate).
Ta dynamicznie rozwijająca się dziedzina, usytuowana pomiędzy chemią, biochemią,
fizyką i technologią (w tym nanotechnologią), umożliwia projektowanie układów
supramolekularnych o własnościach ściśle dostosowanych do potrzeb. Perspektywy jej
zastosowań są niezwykle obiecujące. Rozwój chemii supramolekularnej ma coraz większy
wpływ na przemysłową syntezę chemiczną, przemysł farmaceutyczny i elektroniczny oraz
medycynę (opracowanie m.in. nowych metod podawania leków oraz stworzenie
biokompatybilnych materiałów kompozytowych do stosowania jako implanty nowej generacji w
stomatologii i chirurgii).
W skład chemii supramolekularnej wchodzi również ważny obszar chemii
biomimetycznej, pozwalającej zrozumieć molekularne podstawy działania organizmów
żywych, a może nawet powstania życia na Ziemi. Znaczenie tej dziedziny zostało
docenione dwukrotnie Nagrodą Nobla: w 1987 r. dla badaczy oddziaływań
supramolekularnych i w 2016 r. za badanie maszyn molekularnych.
Publikacja stanowiąca zwartą, żywą prezentację aktualnego stanu wiedzy jest lekturą
obowiązkową nie tylko dla naukowców i doktorantów prowadzących badania w tej
dziedzinie, ale także dla niespecjalistów.
Przedmowa do drugiego wydania w języku polskim . 9
Wstęp . 11
Rozdział 1 Chemia supramolekularna. Co to jest? . 13
Rozdział 2 Rozpoznawanie molekularne i chiralne. Samoorganizacja,
autoasocjacja i preorganizacja . 31
2.1. Rozpoznawanie molekularne i chiralne 31
2.2. Autoasocjacja i samoorganizacja . 35
2.3. Rola preorganizacji w syntezie cząsteczek topologicznych. Reakcje templatowe
37
2.4. Reakcja syntezy jednoreaktorowej. Autoasocjacja kowalencyjna oparta na preorganizacji
. 42
Rozdział 3 Kompleksy inkluzyjne. Chemia kompleksów gość–gospodarz 50
3.1. Początki chemii gość–gospodarz. Prace Pedersena dotyczące eterów koronowych .
50
3.2. Nomenklatura 56
3.3. Budowa kompleksów inkluzyjnych . 59
3.4. Dynamiczny charakter kompleksów inkluzyjnych
61
3.5. Kompleksy z dopasowaniem wymuszonym i bez niego: endohedralne kompleksy fullerenów,
hemikarcerandy i otrzymane przez zespół Rebeka niesztywne cząsteczki gospodarza tworzące
kompleksy przypominające piłki tenisowe 63
Rozdział 4 Struktury mezoskopowe jako układy pośrednie pomiędzy cząsteczkami
chemicznymi (skala mikro) a komórkami organizmów żywych (skala makro) 68
4.1. Wstęp 68
4.2. Agregaty molekularne o pośrednich rozmiarach . 69
4.2.1. Filmy Langmuira i Langmuira–Blodgett oraz inne warstwy autoasocjowane . 71
4.2.2. Jedno- i dwuwarstwowe membrany lipidowe 73
4.2.3. Mikroemulsje, micele i pęcherzyki
.
74
4.2.4. Nanorurki
.
79
4.2.5. Włókna [74, 75]
83
4.2.6. Ciekłe kryształy [83–85]
.
83
Rozdział 5 Pomiędzy klasyczną chemią organiczną a biologią. Zrozumieć i
naśladować przyrodę
.
90
5.1. Wstęp
90
5.2. Rola samoorganizacji i autoasocjacji w żywych organizmach
91
5.2.1. Wirus mozaiki tytoniowej
91
5.2.2. Helikalna budowa DNA
.
93
5.2.3. Membrany komórkowe
93
5.3. Modelowanie procesów zachodzących w organizmach żywych
94
5.3.1. Kompleksy gość–gospodarz jako układy analogiczne do układu substrat–receptor
w biochemii
95
5.3.2. Zasady modelowania molekularnego początków życia
. 95
5.3.3. Modelowanie samoreplikacji
96
5.3.4. Transport przez membrany. „Antybiotyki transportowe”: walinomycyna, nonaktyna,
monenzyna i naśladujące je cząsteczki
97
5.3.5. Cyklodekstryny [57–60] jako układy naśladujące enzymy
. 99
5.3.6. Układy porfirynowe modelujące zjawisko fotosyntezy
100
5.3.7. Napędzana światłem pompa protonowa
102
5.3.8. Układy kumulujące żelazo przyczyniające się do wzrostu mikroorganizmów.
Syderofory
105
Rozdział 6 Na granicy pomiędzy chemią a technologią – nanotechnologia i
inne przemysłowe zastosowania układów supramolekularnych
109
6.1. Wstęp
109
6.2. Pomiędzy chemią a fizyką ciała stałego – inżynieria kryształów.
Otrzymywanie kryształów o pożądanych właściwościach
111
6.3. Nanotechnologia i inne zastosowania przemysłowe układów supramolekularnych
118
6.3.1. Cząsteczki w ruchu: elementy maszyn i silników składające się z pojedynczej cząsteczki
lub pojedynczego agregatu molekularnego oraz maszyny
molekularne [81–85]
121
6.3.2. Układy elektronowe oparte na cząsteczkach organicznych lub ich agregatach –
chemionika
.
123
6.3.3. Zastosowania w przemyśle farmaceutycznym, kosmetycznym i spożywczym .
135
6.3.4. Ochrona środowiska [168–175]
.
137
6.3.5. Mikroemulsje w procesach czyszczenia [188–190]
139
6.3.6. Układy do ekstrakcji kationów – jonofory [191]
. 140
6.3.7. Inne zastosowania układów supramolekularnych
.
141
6.4. Kataliza supramolekularna
.
143
6.4.1. Wstęp
143
6.4.2. Układy naśladujące enzymy
145
6.4.3. Makrocykliczne cząsteczki gospodarza, agregaty o pośrednich rozmiarach
(mikroemulsje, micele, pęcherzyki itp.) oraz materiały mezoporowe jako katalizatory
148
6.4.4. Inteligentne materiały
.
150
6.5. Uwagi końcowe
150
Rozdział 7 Najciekawsze ligandy makrocykliczne, pełniące funkcję gospodarza
w kompleksach inkluzyjnych
159
7.1. Etery koronowe i koronandy, kryptaty i kryptandy [1–3]
159
7.1.1. Wstęp
159
7.1.2. Synteza eterów koronowych i kryptandów
.
162
7.1.3. Obliczenia teoretyczne dla eterów koronowych i ich kompleksów
166
7.1.4. Alkalidy i elektrydy [32, 33]
.
166
7.1.5. Różnorodne cząsteczki zawierające etery koronowe, kryptandy i ich fragmenty
.
169
7.2. Kaliksareny [1–6], hemisferandy i sferandy [7]
.
174
7.2.1. Synteza kaliksarenów
174
7.2.2. Konformacje kaliksarenów
.
178
7.2.3. Kaliksareny jako czynniki kompleksujące
180
7.2.4. Sferandy, hemisferandy i podobne cząsteczki makrocykliczne zdolne do tworzenia
kompleksów inkluzyjnych [53]
.
182
7.3. Karcerandy, hemikarcerandy i nowatorskie „probówki molekularne”, umożliwiające
otrzymywanie i stabilizację związków nietrwałych [1]
186
7.4. Cyklodekstryny i ich kompleksy [1–9]
.
196
7.4.1. Wstęp
196
7.4.2. Kompleksy cyklodekstryn jako rzadki przypadek układów supramolekularnych, które
znalazły liczne zastosowania .
203
7.4.3. Przewidywanie rozpoznawania molekularnego i chiralnego w cyklodekstrynach na
podstawie obliczeń modelowych
205
7.5. Endohedralne kompleksy fullerenów
208
7.6. Nanorurki węglowe
.
221
7.7. Grafen
.
225
7.8. Dendrymery [1–5]
229
7.9. Cyklofany i steroidy, które mogą tworzyć kompleksy inkluzyjne
240
7.9.1 Cyklofany [1, 2]
240
7.9.2. Steroidy [15]
241
7.10. Receptory wiążące aniony i receptory z różnorodnymi centrami wiążącymi [1–10]
243
7.10.1. Kationowe receptory anionów
244
7.10.2. Obojętne receptory anionów [41, 42]
.
248
7.10.3. Receptory z kilkoma centrami wiążącymi
251
7.11. Cząsteczki gospodarza zawierające porfiryny
.
255
Rozdział 8 Inne fascynujące układy supramolekularne
. 261
8.1. Wstęp
261
8.2. Wykorzystanie zjawiska preorganizacji: cząsteczki o nietypowej topologii [1–13]
262
8.3. Układy z dwoma i większą liczbą wiązań wodorowych
.
275
8.3.1. Rozety, taśmy (wstęgi), włókna i sieci dwuwymiarowe
. 275
8.3.2. Kapsułki z wiązaniami wodorowymi i inne bardziej złożone układy [20, 21]
.
281
8.3.3. Klatraty hydratów gazów [38]
.
282
8.4. Układy zawierające wiązanie halogenowe [1–3]
288
8.5. Zeolity organiczne [1,2]
291
8.6. Sterowany metalem proces samoorganizacji złożonych układów supramolekularnych: łańcuchy,
stojaki, drabinki, kratki, makrocykle, klatki, nanorurki i przeplecione włókna –
helikaty [1, 2]
298
8.6.1. Łańcuchy, stojaki, drabinki, kratki, makrocykle i klatki [3]
298
8.6.2. Struktury metaloorganiczne oraz ciekłe materiały porowate
. 304
8.6.3. Helikaty [38, 39]
.
305
Rozdział 9 Perspektywy dalszego rozwoju chemii supramolekularnej
311
Skorowidz
314
322 strony, Format: 17.3x23.8, oprawa miękka
