P RESSURE, H YDRAULICS AND P NEUMATICS Discovering Science 8 Section 9.2.
9.2 P Supermol
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Chimica sopramolecolare …
... Si può definire la “chimica oltre lamolecola”, che si basa su entità organizzate complesse che derivano dalla associazione di due o più specie chimiche tenute assieme da forze intermolecolari
J.-M. Lehn
ChimicaChimica sopramolecolaresopramolecolare
Solo alla fine del 19th secolo i chimici iniziarono a riconoscere questonuovo, aspetto della chimica non-covalente. Nel 1894, Emil Fischer suggerì che un enzima interagisce con il suo substrato come unachiave con la sua serratura.
Perché le due specie interagiscano in un modo specifico, essedevono avere forma e chimica complementari come una chiaveche entra in una serratura. Questo concetto ha posto le basi per il riconoscimento molecolare, la discriminazione di un host fradiversi guests.
Vinse il premio Nobel nel 1902.
Una sopramolecola è un sistema molecolare in cui i componentisono uniti in modo reversibile da forze intermolecolari, non da legamicovalenti
XXYY
Co-valente Non co-valente
MolecolaGuest
MolecolaHost
Sopramolecole
ChimicaChimica sopramolecolaresopramolecolare di di sistemisistemi HostHost--GuestGuestChimica del riconoscimento molecolare
Molecole
Sistemi host-guest
Pseudorotassani
Uno dei più primi esempi di riconoscimentomolecolare sono stati i clatrati. Questicomposti di inclusione si formano quandopiccole molecole “guest”, vengonocompletamente racchiuse in cavità formateda un “host”.
Non ci sono interazioni covalenti fra l’host e ilguest.
Clatrati
Ciclodestrine
α-ciclodestrina(6 unità glucopiranosile)
β-ciclodestrina(7 unità glucopiranosile)
γ-ciclodestrina(8 unità glucopiranosile)
β-Ciclodestrina: Sette unità α-1,4-gluco-pyranose formano un cono con una superficie esterna idrofila e unacavità idrofoba al centro.
Complessazione di Ciclodestrine
CH3
CH3
Legame per effetto idrofobico
Host solvatato Guest solvatato Complesso
Carcerandi e emicarcerandi
Carcerandi: contenitore molecolare chiuso o capsula senza portali di dimensioni significative attraverso cui i guest possono entrare o uscire. Un carcerando in cui la specie guest è permanentemente intrappolata viene detto carceplex.
Semicarcerandi: contenitore molecolare chiuso o capsula con portali di dimensioni significative attraverso cui i guest possono entrare o uscire. In presenza di specie guest, un semicarcerando può formare un hemicarceplex.
Costruzione di grosse strutture tramite l’approccio del legame direzionale. I centri metallici hanno un marcato effetto direzionale sulle forme geometriche ottenibili.
Self-assembly di architetture inorganiche
“Libreria molecolare” di poligoni molecolari ciclici creati tramite la combinazione sistematica di elementi costitutivi ditopici con predeterminati angoli. “Libreria molecolare” per la
formazione di strutture 3D.
Legami direzionali: LEGO molecolare
Quadrato supramolecolare
Self-assembly di architetture inorganiche
Self-Assembly di Dodecaedri
Self-assembly di scatole sopramolecolari
Self-assemby di gabbie sopramolecolari
La specifica geometria di coordinazione fra ligandi e centri metallici permette strategie versatili per la costruzione di sistemi auto-assemblati concavi o convessi
Dendrimeri
Dendrimeri = strutture ad albero
Applicazioni
♦ energy harvesting♦ drug delivery♦ nano-reattori♦ sensori chimici♦ catalizzatori♦ ………...
Sintesi di dendrimeri – Approccio divergente
1° “generazione”
2° “generazione”
3° “generazione”
Sintesi di dendrimeri – Approccio convergente
Sintesi di un dendrimero poliamminico
Dendrimero di quinta generazione
Dendrimero globulare che contiene quattro molecole di “rosa bengala”