Chimica supramolecolare
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La chimica supramolecolare è una branca interdisciplinare, organizzatasi sistematicamente e razionalmente verso la fine degli anni sessanta, che riprendendo princìpi e concetti della chimica moderna rappresenta oggigiorno un campo di ricerca in forte espansione.
L'attuale definizione largamente accettata di chimica supramolecolare risale a Jean-Marie Lehn (1978) ed è la seguente:
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«chimica degli aggregati molecolari di più alta complessità risultanti dall'associazione di due o più specie chimiche legate assieme da forze intermolecolari»
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(Jean-Marie Lehn)
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Questa disciplina, volendone esemplificare gli scopi di studio, tende a focalizzarsi sui sistemi multimolecolari piuttosto che sulle molecole. Importanza basilare assumono i calcoli di chimica teorica per la progettazione di nuovi composti e l'ausilio della meccanica molecolare per la determinazione della struttura spaziale tridimensionale. La chimica supramolecolare è una componente fondamentale delle nanotecnologie.
Indice |
[modifica] Principi fondamentali
- Concetto di recettore: le molecole non esplicano la loro azione se non sono legate tra loro.
- Principio di riconoscimento molecolare (lock and key): nella formazione di un composto supramolecolare la specie ospite (guest) deve avere una geometria strutturale complementare a quella del recettore (host). I composti host, in relazione alla relazione spaziale host-guest, si suddividono in cavitandi o clatrandi. I cavitandi sono caratterizzati dall'avere una cavità intramolecolare che, essendo una caratteristica peculiare, si ritrova sia allo stato solido che in soluzione. I clatrandi possiedono invece cavità extramolecolari generate da uno spazio tra due o più molecole host e pertanto tali cavità possono esistere solamente allo stato solido cristallino. Una ulteriore suddivisione è dovuta alle forze che interagiscono tra host e guest: se l'aggregato si regge su forze elettrostatiche (legame idrogeno, ione-dipolo, dipolo-dipolo ecc.) si ha un complesso mentre se entrano in gioco forze meno specifiche e di minore entità (interazioni idrofobiche, forze di Van der Waals, di Heitler-London, impacchettamento cristallino ecc.) si parla di cavitato e clatrato.
- Teoria della coordinazione: gli ioni metallici vengono coordinati da una sfera di leganti, tramite legame di coordinazione, come effetto che la selettività del legame implica attrazione o mutua affinità chimica host-guest.
- Pre-organizzazione: consiste nel mantenimento della conformazione originaria della molecola host guando lega la specie guest. Questo è molto spesso il principale fattore determinante la stabilità del composto supramolecolare.
- Auto-assemblaggio: è l'associazione spontanea di molecole o macromolecole, in determinate condizioni ambientali, che genera una nuova macrostruttura. Un esempio classico è rappresentato dalle micelle lipidiche. In biochimica rappresenta uno dei fenomeni fondamentali per la vita.
[modifica] Esempi di composti supramolecolari
Innumerevoli specie e processi possono cosiderarsi supramolecolari.
In biochimica si pensi solamente alle macromolecole proteiche, agli acidi nucleici, i complessi enzimi-recettori, i sistemi porfirinici quali l'eme, la clorofilla, il citocromo, ecc.
In chimica inorganica si pensi ai clatrati idrati (es. Cl2(H2O)7,25), alla chimica di coordinazione, alle inclusioni in solidi cristallini, ai composti di argon, kripton e xeno ottenuti ad alte pressioni con fenolo e pirocatechina, ecc.
In chimica organica gli eteri corona complessano cationi metallici, la ciclodestrina dà un cavitato con acido p-idrossibenzoico, clatrati idrati quale (H2O)6 (CH4), composti ottenuti da analoghi dell'urea con n-alcani e tante altre specie.
[modifica] Collegamenti esterni
[modifica] Bibliografia
- A practical guide to supramolecular chemistry, Peter J. Cragg, editore Wiley & Sons Ltd.
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