Supramoleküler kimya, kısaca; moleküllerarası kuvvetlerle bir arada tutulan büyük molekül topluluklarının oluşumu ve özelliklerini inceleyen kimya dalıdır.
Supramoleküler kimya moleküllerin ötesinde kimyanın alanıdır ve ayrı moleküller bir araya getirilmiş molekül altbirimlerinden veya bileşenlerden oluşan kimyasal sistemlere odaklanmaktadır. Mekansal organizasyondan sorumlu kuvvetler, moleküler bileşen arasındaki elektronik bağlanma derecesinin bileşenin ilgili enerji parametrelerine göre küçük kalması koşuluyla zayıf (molekül içi kuvvetler, elektrostatik veya hidrojen bağları) ile güçlü (kovalent bağlanma) arasında değişebilir. Geleneksel kimya kovalent bağ üzerinde yoğunlaşırken, supramoleküler kimya moleküller arasındaki zayıf ve geri dönüşümlü kovalent olmayan etkileşimleri inceler. Bu kuvvetler hidrojen bağlama, metal koordinasyonu, hidrofobik kuvvetler, van der Waals kuvvetleri, pi-pi etkileşimleri ve elektrostatik etkileri içerir. Süper molekül kimyası tarafından gösterilen önemli kavramlar, moleküler kendini birleştirme, katlama, moleküler tanıma, konukçu konuk kimyası, mekanik olarak kenetlenmiş molekül mimarileri ve dinamik kovalent kimyayı içerir. Kovalent olmayan etkileşimlerin çalışılması, hücre yapısından, yapı ve işlev için bu kuvvetlere dayanan vizyona kadar bir çok biyolojik süreci anlamada çok önemlidir. Biyolojik sistemler genellikle supramoleküler araştırmalar için ilham kaynağıdır.
Termodinamik
Supramoleküler kimya, ince etkileşimlerle ilgilidir ve sonuç olarak, süreçler üzerindeki kontrolün büyük bir hassasiyet gerektirebilir. Özellikle, kovalent olmayan bağlar, düşük enerjilere ve çoğunlukla oluşum için aktivasyon enerjisine sahip değildir. Arrhenius denkleminde gösterildiği gibi, bu, kovalent bağ oluşturma kimyasalının aksine, yüksek sıcaklıklarda bağ oluşum oranının arttırılmadığı anlamına gelir. Aslında, kimyasal denge denklemleri, düşük bağ enerjisinin, yüksek sıcaklıklarda supramoleküler komplekslerin kırılmasına doğru bir değişime neden olduğunu göstermektedir.
Bununla birlikte, düşük sıcaklıklar, supramoleküler işlemler için de sorun yaratabilir. Supramoleküler kimya, moleküllerin termodinamik açıdan hoşa gitmeyen konformasyonlara dönüşmesini gerektirebilir (örneğin, rotaksanların kayma sentezi sırasında) ve supramoleküler ile birlikte olan bazı kovalent kimyaları içerebilir. Buna ek olarak, supramoleküler kimyanın dinamik yapısı birçok sistemde (örn., Moleküler mekanik) kullanılır ve sistemi soğutmak, bu işlemleri yavaşlatır.
Böylece termodinamik, supramoleküler kimyayı tasarlamak, kontrol etmek ve incelemek için önemli bir araçtır. Belki de en çarpıcı örnek, tamamen dar bir sıcaklık aralığının dışında çalışmayı bırakan sıcak kanlı biyolojik sistemlerin örneği.
Çevre
Bir supramoleküler sistem etrafındaki moleküler çevre, aynı zamanda onun çalışması ve istikrarı için asal öneme sahiptir. Çoğu solvent, güçlü hidrojen bağlama, elektrostatik ve şarj transfer yeteneklerine sahiptir ve bu nedenle, kompleksleri komple olarak kırarak bile kompleks denge sistemiyle karışabilir. Bu nedenle, solvent seçimi kritik olabilir.
Kullanım Alanları
Malzeme teknolojisi
Supramoleküler kimya ve moleküler kendi kendine montaj süreçleri özellikle yeni malzemelerin geliştirilmesine uygulanmıştır. Büyük yapılar, sentez için daha az adım gerektiren küçük moleküllerden oluştuğu için aşağıdan yukarıya sentez kullanılarak kolayca erişilebilir. Bu nedenle, nanoteknolojiye yönelik aşağıdan yukarıya yaklaşımların çoğu, supramoleküler kimyaya dayanıyor.
Kataliz
Supramoleküler kimyanın önemli bir uygulaması, katalizörlerin ve katalizörün tasarımı ve anlaşılmasıdır. Kovalent olmayan etkileşimler katalizde aşırı derecede önemlidir, reaksiyona giren maddeleri reaksiyona uygun konformasyonlara bağlar ve reaksiyonun geçiş durumu enerjisini düşürür. Şablona yönlendirilmiş sentez, supramoleküler kataliz özel bir durumdur. Miseleller, dendrimerler ve kavitanlar gibi kapsülleme sistemleri, makroskopik bir ölçekte kullanılmasının mümkün olmadığı ilerlemelere yönelik reaksiyonlar (veya reaksiyon adımları) için uygun mikro ortamlar yaratmak için katalizörde de kullanılır.
Tıp
Supramoleküler kimyaya dayanan tasarım, fonksiyonel biyomalzemelerin ve terapötiklerin oluşturulmasında sayısız uygulamaya neden olmuştur. Supramoleküler biyomalzemeler, ayarlanabilir mekanik, kimyasal ve biyolojik özelliklere sahip bir takım modüler ve genelleştirilebilir platformlar sağlar. Bunlar, peptidlerin süper moleküler montajına, ana konuk-konuk makrosiklelerine, yüksek afiniteli hidrojen bağlanmasına ve metal-ligand etkileşimlerine dayanan sistemleri kapsar.
Süper moleküler yaklaşım, hücrelere sodyum ve potasyum iyonlarının taşınması için suni iyon kanalları oluşturmak için yaygın bir şekilde kullanılmaktadır.
Supramoleküler kimya, bir ilaç bağlama yerindeki etkileşimleri anlayarak yeni farmasötik terapilerin geliştirilmesi için de önemlidir. İlaç verme alanı, kapsülleme ve hedeflenen salınım mekanizmaları sağlayan supramoleküler kimya sonucunda kritik gelişmeler de yapmıştır. Buna ek olarak, supramoleküler sistemler, hücresel işlev için önemli olan protein-protein etkileşimlerini bozacak şekilde tasarlanmıştır.
Veri saklama ve işleme
Supramoleküler kimya, hesaplama fonksiyonlarını moleküler ölçekte göstermek için kullanılmıştır. Birçok durumda, bu bileşenlerde fotonik veya kimyasal sinyaller kullanılmıştır, ancak bu birimlerin elektriksel ara yüz bağlantıları, supramoleküler sinyal iletim cihazları tarafından da gösterilmiştir. Veri saklama, fotokromik ve fotoizomerize olabilen moleküler anahtarlar, elektrokromik ve redoks-değiştirilebilir üniteler ve hatta moleküler hareket ile gerçekleştirildi. Sentetik moleküler mantık kapıları kavramsal bir düzeyde gösterilmiştir. Yarı sentetik DNA bilgisayarlar tarafından da tam ölçekli hesaplamalar yapılmaktadır. Supramoleküler Kimya Vikipedi