maszyny molekularne.PDF

(456 KB) Pobierz
Microsoft Word - Maszyny molekularne.doc
Grzegorz Schroeder, Joanna Wyrwał
Maszyny molekularne
SERIA: Chemia Supramolekularna
Poznań 2004
Recenzent : Dr hab. Jan Milecki
Prof. dr hab. Grzegorz Schroeder
Mgr Joanna Wyrwał
Uniwersytet im. A. Mickiewicza
Wydział Chemii
Grunwaldzka 6
60-780 Poznań
tel.: 0-61-8291-486
E-mail: schroede@amu.edu.pl
ISBN 83-918771-9-1
„BETAGRAF”P.U.H.
2
We współczesnych badaniach układów supramolekularnych
poznanie budowy, stechiometrii czy typu oddziaływań pomiędzy
składnikami supermolekuł, jak również stałych trwałości tych układów czy
parametrów kinetycznych określających szybkość tworzenia najczęściej
sprowadza się do badań kompleksów gość-gospodarz. 1 Zwykle gospodarzem
– receptorem molekularnym jest duża molekuła albo agregat, zawierający w
swojej strukturze wnękę lub specyficzne wgłębienia na powierzchni,
natomiast gościem może być jednoatomowy kation, prosty anion lub
bardziej złożona cząsteczka. Chemia supramolekularna opiera się na
oddziaływaniach niekowalencyjnych. Do najważniejszych oddziaływań
niekowalencyjnych należą 2 :
- oddziaływania typu jon-jon (energia wiązania 100-350 kJ/mol),
- oddziaływania typu jon-dipol (50-200 kJ/mol),
- oddziaływania typu dipol-dipol (5-50 kJ/mol),
- wiązania wodorowe (4-120 kJ/mol),
- oddziaływania typu kation-π elektrony (5-80 kJ/mol),
- oddziaływania π-π,
- siły van der Waals’a (<5kJ/mol),
- efekt ścisłego upakowania w stanie stałym,
- efekt hydrofobowy.
Utworzenie kompleksu gość-gospodarz wymaga wzajemnej
komplementarności cząsteczek go tworzących, to znaczy osiągnięcia
odpowiedniego stanu energetycznego, elektronowego, geometrycznego i
sferycznego. Jest to zasada nazywana powszechnie rozpoznaniem
molekularnym 3,4,5 ( molecular recognition ). Powstanie supercząsteczki jest
więc wysoce selektywne z powodu rozpoznania molekularnego czyli
informacji zawartych w cząsteczkach tworzących kompleksy. Spontaniczne
tworzenie się złożonych, określonych struktur w oparciu o wiązanie
wodorowe, powstawanie helikatów, molekularnych „naszyjników”,
3
agregatów cząsteczek amfifilowych w polarnym rozpuszczalniku, to
przykłady samoorganizacji składników molekularnych, prowadzących do
samotworzenia złożonych układów supramolekularnych. Rysunek 1
przedstawia samooganizację cząsteczek poprzez wiązania wodorowe.
Samoorganizacja opiera się najczęściej na efekcie templatowym 6 . Wstępne
uporządkowanie molekuł związane jest z oddziaływaniem gościa i
gospodarza jako donora i akceptora pary elektronowej.
Rozpoznanie molekularne jest procesem dynamicznym i traktuje się
je jako konformacyjną i stereochemiczną toposelektywność. Efektywne
rozpoznawanie molekularne wymaga powierzchni o wzajemnie
uzupełniających się rozmiarach, kształtach i funkcjach.
Dopasowanie czyli selektywność receptora w stosunku do gościa
można oszacować na podstawie stosunku stałych równowagi K 1 i K 2 , które
definiuje się jako stałe równowagi termodynamicznej kolejno dla procesów
1 i 2:
GOŚĆ 1 + GOSPODARZ 1
(GOŚĆ 1 - GOSPODARZ 1 )
GOŚĆ 2 + GOSPODARZ 1
(GOŚĆ 2 - GOSPODARZ 1 )
skąd:
K 1 = [GOŚĆ 1 -GOSPODARZ 1 ] / [GOŚĆ 1 ] * [GOSPODARZ 1 ]
K 2 = [GOŚĆ 2 -GOSPODARZ 1 ] / [GOŚĆ 2 ] * [GOSPODARZ 1 ].
4
297061047.007.png
R
R
O
H
N
N
N
H
O
R
N
N
H
NN
H
N
N
R1
O
N
O
H
N
H
O
N
O
H
H
H
H
H
H
R
N
N
N
H
O
H
N
N
N
R
N
N
H
N
N
H
N
N
R
N
H
O
N
O
H
N
R
R1
Rysunek 1.
Oprócz stosowanego kryterium termodynamicznego selektywności
często opisuje się kryterium kinetycznym, opartym na szybkości przemian
konkurujących substratów prowadzących do utworzenia supercząsteczki 7 .
Selektywność kinetyczna jest stosowana przede wszystkim w katalizie
supramolekularnej (enzymatycznej) i chemii analitycznej. W tym znaczeniu
gościem staje się molekuła, który ulega najszybciej przekształceniu do
supercząsteczki nie natomiast ta, która najsilniej ulega wiązaniu. Takie
dwojakie podejście pozwala na wyznaczeniu selektywności
termodynamicznej i kinetycznej.
W procesach kontrolowanych kinetycznie wysokie stałe wiązania
gościa i gospodarza nie odgrywają znaczenia. Wiele enzymów, wykazuje
wysoką kinetyczną selektywność, nie ulegają one z reguły organizacji
wstępnej, gdyż wykluczałoby to szybką katalizę.
5
297061047.008.png 297061047.009.png 297061047.010.png 297061047.001.png 297061047.002.png 297061047.003.png 297061047.004.png 297061047.005.png 297061047.006.png
 

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin