超分子化学について詳しく解説

超分子化学は、分子集合体内の同じ分子内の原子間または分子自体間の非共有結合または弱い相互作用に基づく化学の分野です。その目的は、ナノメートルサイズの建物を理解し、構築することです。原理は、制御された条件下で溶液中で混合される分子レンガを使用し、自己集合してより複雑な建物を製造することです。非共有結合性相互作用の研究は、機能と構造の関係などの生​​物学的システムの理解の基礎です。生物学的世界は、超分子集合体のモデリングにおけるインスピレーションの源となることがよくあります。

起源

このため、それは、新しい分子軌道の生成を含まないため、いわゆる「非共有結合」相互作用の既存の分子間の確立に基づいています。この概念は、分子内に存在し、その原子を結合する共有結合を扱う、いわゆる「分子」化学とは対照的です。新しいシステムは、非共有結合が確立される前には持っていなかった特性を獲得することができますが、新しい「超分子」に参加する各分子は、その化学的完全性がいかなる形でも変更されることはありません。ただし、超分子集合体の構造により、特定の分子の電子雲の破壊や結合角の歪みによって反応性が高まる可能性があります。自然に反応しやすい 2 つの分子を超分子内で結合すると、溶媒中で遊離している場合よりも容易に反応する可能性があります。次に、超分子触媒作用について話します (酵素は生物学的超分子触媒の最もよく知られた例です)。

さまざまなインタラクションモード

超分子化学の基礎となる相互作用は次のとおりです。

• ファンデルワールス著。 0.1 ～ 1 kcal/mol では、それらは方向性がなく、接触面に応じて増加します。
• 水素結合のようなものです。 1 ～ 10 kcal/mol のこの結合には方向性があり、その強度はドナー部位とアクセプター部位の間の距離に依存します。
• 芳香族化合物 (π-π オーバーラップ、π-カチオン、π-H 結合)。これらは、芳香環の p 軌道と他の芳香環、金属カチオンの p 軌道または f 軌道、またはより電気陰性度の高いヘテロ原子 (O、N、S) が運ぶ電子の分子軌道との重なりによる非共有相互作用です。 …)
• クーロン(イオン/イオン、イオン/双極子)、双極子(双極子/双極子)、分極による(分極イオン/分子)。 15 ～ 50 kcal/mol では、これらの静電相互作用は無指向性であり、2 つの実体間の距離に依存します。
• 金属/配位子の配位。 50 ～ 80 kcal/mol では、結合の方向性は金属の性質とその配位圏の他の構成要素によって異なります。
• または疎水効果の結果です。

エミール・フィッシャーによって「キーロック」概念とともに導入されたホスト/基板認識の現象は、多くの場合、これらの相互作用のいくつかを組み合わせています。