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”