Сторінка
2

Супрамолекулярна хімія

Відкриття краун-естерів стимулювало синтез і вивчення цілого класу анало­гічних сполук. Зокрема, учені подумали, що якщо «хазяїн» буде не плаский, як та­рілка, а об'ємний, як чашка, то «гості» утримуватимуться в ньому набагато міцніше. Гмали рацію. Так поступово почала формуватися «контейнерна хімія». Справу Педерсона успішно продовжили Ж.-М. Лен і Дональд Крам. Лен почав свої дос­лідження в 1968 році з отримання тривимірних аміноестерів, які він назвав крип-тандами. Внутрішня порожнина в них захищена з трьох боків атомами Оксигену, причому групи СН2—СН2 з'єднують Оксиген між собою і з містковими Нітрогена­ми. Іони, що потрапляють усередину, утримуються і стінками, і електростатичним притяганням електронних пар атомів Оксигену й Нітрогену. Не дивно, що міцність таких комплексів на п'ять-шість порядків вища, ніж у комплексів краун-естерів.

Із середини 80-х років увага дослідників почала чимраз більше переключати­ся на азоаналоги краун-естерів і криптандів. І це не випадково. Азогрупа —N= має твердішу, ніж естерний Оксиген, конфігурацію, із чітко орієнтованою усере­дину циклу неподіленою парою електронів, тому азомакроцикли краще орга­нізовані для прийому гостьових іонів. Більше того, Д. Крам звернув увагу на особливість краун-естерів і криптандів: і ті, й інші недостатньо добре організо­вані для прийому гостьових іонів — вони ніби зморщені, нерозправлені. Тому після того як катіони опиняться усередині порожнини, потрібні певні енерге­тичні витрати, щоб зробити форму новоутвореної сполуки такою, щоб вона краще виконувала свою іонз'єднувальну функцію. Звичайно, це знижує стійкість комплексу. Д. Крам вирішив синтезувати так звані «молекули-контейнери» із заздалегідь організованою структурою. У результаті складних багатостадійних синтезів на початку 1980-х років були отримані сферанди й кавітанди — своєрідні молекулярні чаші, стінки яких складаються з ароматичних молекул, а в поглиб­леннях, куди потрапляє частинка-гість, знаходяться атоми Оксигену.

Стратегія Д. Крама цілком себе виправдала. З'ясувалося, що отримані сполу­ки утворюють ще більш стійкі комплекси з катіонами лужних металів, ніж краун-естери й криптанди. Чаша кавітанда здатна прийняти й міцно утримувати не тільки іони металів, але й невеликі нейтральні молекули: СН2С12, CH3CN, S02. Звичайно, ці сполуки складніші, відповідно, процес молекулярного розпізна­вання повинен відбуватися в них на набагато вищому рівні.

Найважливішим напрямком супрамолекулярної хімії став синтез сполук, здат­них утворювати комплекси типу «гість — хазяїн» з органічними молекулами. З їхньою допомогою можна розділяти й очищати органічні речовини, змушувати їх вступати в невластиві їм реакції, створювати лікарські препарати нового поко­ління й вирішувати безліч інших теоретичних і практичних завдань. Зараз хіміки намагаються синтезувати «хазяїнів» для таких медикаментів, як сульфаніламіди, катехоламіни, а також для амінокислот, пептидів, пуринових і піримідинових основ. У таких комплексах молекули «хазяїна» і «гостя» зв'язані водневими зв'яз­ками або електростатичним притяганням.

Дуже цікаві об'єкти супрамолекулярної хімії — циклодекстрини (циклічні олігосахариди). їхні молекули мають форму усіченого конуса, порожнистого усередині, завдяки чому вони утворюють комплекси включення з багатьма спо­луками. Природа взаємодій між циклодекстрином і «гостем» однозначно не встановлена. Вчені вважають, що це відносно слабкі Ван-дер-ваальсові й гідро­фобні взаємодії, тому і відносять ці комплекси до об'єктів супрамолекулярної хімії. Циклодекстрини розчиняються у воді, тому з ними зручно працювати. їхні міцні комплекси з різними «гістьми» хіміки використовують як будівельні блоки для складніших конструкцій.

За останні десятиліття XX століття вчені синтезували й вивчили багато склад­них структур і різновидів молекулярного розпізнавання. У перспективі — уп­равління синтезом нуклеїнових кислот і матричний синтез білків. Нещодавно хіміки створили молекулярні ансамблі, що переключаються, змінюючи свою просторову структуру в залежності від кислотно-основного стану середовища. Вважається, що в майбутньому за допомогою подібних матеріалів будуть ство­рені напівпровідники нового покоління.

Ще одна перспективна галузь супрамолекулярної хімії — створення супрамолекулярних пристроїв, які мають здатність випромінювати або поглинати фотони й електрони.