شیمی فراذره‌ای

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به ناوبری پرش به جستجو

شیمی فراذره‌ای یا شیمی مهمان-میزبان (به انگلیسی: Supramolecular chemistry)، شاخه‌ای از دانش شیمی است که سیستم‌های شیمیایی را در تعداد زیادی از مولکولهای یک ماده را مورد بررسی قرار داده و همچنین به مطالعه نیروهای بین مولکولی می‌پردازد و در سال ۱۸۷۳ توسط یوهان دیدریک وان در والس پیشنهاد شد. این شاخه از دانش همچنین با نام‌های شیمی سوپرامولکولی، یا شیمی فرامولکولی نیز شناخته می‌گردد. این بخش بر گستره شیمی فراتر از مولکول تمرکز می کند. نیروهایی که فضا را سامان دهی می کنند ممکن است از ضعیف (نیروهای بین مولکولی الکترو استاتیک یا پیوند هیدروژنی) به نیروهای قوی(پیوند کوالانسی)تغییر کنند، ، که میزان جفت شدگی الکترونیکی بین اجزای مولکولی باقی مانده کوچک رابه پارامترهای انرژی اجزاء مرتبط فراهم می کند. درحالی که شیمی سنتی برروی پیوند کوالانسی متمرکز است ، شیمی سوپرامولکول برهمکنش های غیر کووالانسی برگشت پذیر و ضعیف را بین مولکول ها بررسی می کند. این نیروها شامل پیوند هیدروژنی,کئوردیناسیون فلزی,نیروهای چربی دوست, نیروهای وان دروالس, برهمکنش های و اثرات الکتروستاتیک است. مفاهیم مهم که توسط شیمی سوپرامولکول نشان داده شده است عبارتند از مونتاژ خودمولکولی، تاشو، تشخیص مولکولی شیمی میزبان –میهمان،ساختار مولکولی در هم قفل- مکانیکی وشیمی کووالانسی پویا. مطالعه برهمکنش های غیرکووالانسی برای درک بسیاری از فرایندهای زیستی مهم است که به این نیرو ها برای ساختار و عملکرد وابسته هستند. سیستم های زیستی اغلب الهام بخش تحقیقات سوپرامولکول هستند.

مونتاژ خود مولکولی، تاشو، تشخیص مولکولی شیمی میزبان - مهمان، معماری مولکولی در هم قفل - مکانیکی و شیمی کوالانسی پویا از مفاهیم مهمی هسنند که توسط شیمی فرا مولکول نشان داده شده اند.[۱]

کاربردها[ویرایش]

علم مواد[ویرایش]

شیمی سوپرامولکولی کمک زیادی به پیشرفت صنعت داروسازی کرده است.

شیمی سوپرامولکولی کاربردهای بسیاری دارد[۲]، از جمله برای ساخت مواد جدید. هم چنین بسیاری از مواد هوشمند بر شناخت مولکولی پایه ریزی شده اند.[۳]

طراحی هایی که براساس شیمی سوپرا مولکولی انجام شده اند، باعث انجام برنامه های کاربردی بزرگی در ساخت بیومتریال و توسعه درمان شناسی شده اند.[۴]

مهمترین کاربردهای این شاخه عبارتند از : ساخت مواد جدید، طراحی و ساخت کاتالیزگرها، داروسازی، کامپیوتر های DNA و ... .

تاریخچه[ویرایش]

نیروهای بین مولکولی اولین بار توسط وان در والس پیشنهاد شدند.

نیروهای بین مولکولی اولین بار توسط یوهانس دیدرک وان دروالس در سال 1873 مطرح شد اما هرمان امیل فیشر، برنده جایزه نوبل، پایه های آن را توسعه داد. او پیشنهاد کرد که برهم کنش های بستر -آنزیم از قفل و کلید، از اصول اساسی تشخیص مولکولی و شیمی میزبان و مهمان گرفته شده است.در اوایل قرن بیستم، پیوندهای غیر کووالانسی به تدریج به طورتدریجی و با پیوند هیدروژنی که توسط لاتیمر و ردبوش در سال ۱۹۲۰ توصیف شد، درک شدند.[۵]

در دهه ۱۹۷۰, شیمی سوپرا مولکولی با محققانی مانند جیمز فریزر, توسعه ماشین‌آلات مولکولی و ساختارهای شخصی بسیار پیچیده, و ساخت حسگرها و روش‌های میانجی‌گری الکترونیک و زیستی پیچیده تر شد. در طول این مدت, اصول الکتروشیمیایی وفتوشیمیایی به منظور افزایش قابلیت, تحقیق در سیستم‌های تکرار خودکار ساختگی وکار بر روی دستگاه‌های پردازش اطلاعات مولکولی آغاز شدند. علم در حال ظهور فن‌آوری نانو نیز تاثیر شدیدی بر این موضوع , با ساختن بلوکه‌ای ساختمانی در سیستم‌های مصنوعی نقش داشت.

مکانیزم های پلیمریزاسیون سوپرا مولکولی[ویرایش]

مکانیزم پلیمریزاسیون غیر کوالانسی در شیمی سوپرامولکولی به برهمکنش هایی که در فرآیند خود تجمعی بازی می کند دارد.

برخلاف پیوند های کوالانسی، بر همکنش های غیر کوالانسی به دما، غلظت و برخی اوقات به میزان پلیمریزاسیون وابسته اند.[۵]

ایجاد پلیمرهای سوپرامولکول[ویرایش]

درشیمی ماکرومولکول واحدهای مونومری توسط پیوندهای کووالانسی در کنار یکدیگر نگه داشته میشوند. درسال1990 ژان ماری لن یک ناحیه جدید در زمینه شیمی پلیمر توسط ایجاد پلیمری که در ان واحدهای مونومری توسط پیوندهیدروژنی در کناریکدیگر نگه داشته میشوند معرفی کرد که به یک پلیمر سوپرامولکول کریستال مایع منتهی شد. این اغاز زمینه شیمی پلیمرسوپرامولکول بود. مواد با برهمکنش های برگشت پذیرایجاد شد ودر نتیجه فرصت تولید مواد با خواصی که غیر ممکن یا رسیدن به ان سخت است را معرفی کرد.

با الهام از این کار گریفین و همکارانش پلیمرهای سوپرامولکول زنجیره اصلی برپایه پیوند هیدروژنی پیریدین/بنزوئیک اسید را توسعه دادند همچنین پلیمرهای سوپرامولکول کریستال مایع را به دست اوردند. ما پلیمرهای سوپرامولکول را به این صورت تعریف می کنیم: ارایه های پلیمری واحد های مونومری که کنار یکدیگر اورده می شوند توسط برهمکنش های برگشت پذیر وبسیار جهت دار ثانویه به خواص پلیمری در محلول های رقیق وغلیظ وهمچنین در حالت توده منجر می شود.

واحدهای مونومری پلیمرهای سوپرامولکول خودشان دارای تکرارقطعات شیمیایی نیستند.جهت و قدرت پیوند سوپرامولکول ویژگی های مهم این سیستم ها هستند که می توان به عنوان پلیمر و رفتارشان برطبق تئوری های که به خوبی تثبیت شده برای فیزیک پلیمرها در نظر گرفت.

درگذشته عبارت پلیمرهای زنده برای این نوع پلیمراستفاده می شد. به هرحال برای جلوگیری از سردرگمی با زمینه پلیمریزاسیون زنده ما ترجیح می دهیم از عبارت پلیمرهای سوپرامولکول استفاده کنیم.

دیدگاه آینده[ویرایش]

پیشرفت در زمینه های شیمی پلیمر و آلی، سنتز پلیمر و مونو مرهای پیچیده را قادر ساخته است. دانش ما در زمینه شیمی سوپرا مولکول کنترل بر روی سیستم های خود تجمعی را افزایش می دهد و راه را برای ایجاد مواد سوپرا مولکول بر اساس برهمکنش های غیر کووالانسی باز می کند. در دهه های گذشته، پیوند هیدروژنی به اثبات رسانده است که یک کاندیدای مناسب به حساب می آید. با افزایش دانش ما درباره اصول پیوند هیدروژنی و رفتار خود تجمعی آنها در محلول و در حالت جامد کشف سنتز سیستم های چند جزئی سوپرا مولکول با شکل های عمده سوپرا مولکول مختلف در سال های اخیر آغاز شد.

با استفاده از پیوند هیدروژنی خالص، سیستم های چند جزئی نتایج امیدوار کننده ای نشان دادند به عنوان مثال کوپلیمرهای دسته ای سوپرا مولکول و مواد زیستی زیست فعال.

در حال حاضر زمان به دست آوردن ساختارهای مولکولی خوب همچون ساختار سوپرا مولکول توسط ترکیب دانش گسترده در شیمی پلیمر سنتی با دانش فعلی شیمی سوپرا مولکول است. مرحله بعدی در توسعه پیوند هیدروژنی در شیمی پلیمر سوپرا مولکول به دست آوردن کنترل بر روی خود تجمعی است که با استفاده از گروه های حفاظتی سوپرا مولکول یا با روشن خاموش کردن پلیمریزاسیون سوپرا مولکول توسط تغییر موتیف های پیوند هیدروژنی بدست می آید.

این امر می تواند یک گام به سمت مواد با خواص خوب باشد. به عنوان یک مثال ما دانش علم پلیمر و شیمی سوپرامولکول را برای به دست آوردن نانو ذرات سوپرا مولکول بر اساس پیوند هیدروژنی ترکیب کردیم. با استفاده از شیمی پلیمر پلیمرهای کووالانسی با توزیع وزن مولکولی باریک سنتز شدکه متحمل  بخش های کوچکی از گروه های UPy محافظ کووالانسیبر روی زنجیره های جانبی شان  می شود. پس از حفاظت زدایی توسط نور UV، موتیف UPy روشن می شود و سوپرا مولکول کراسلینک شده توسط پیوند هیدروژنی UPy بدست می آید. با استفاده از شرایط رقیق، نانوذرات سوپرا مولکول تک زنجیره بدست می آید که شبیه به پروتئین های تا شده سوپرا مولکول است. این می تواند اولین قدم به سوی پروتئین های مصنوعی و آنزیم ها باشد و امکانات بی شمار برای پلیمر سوپرا مولکول را نشان می دهد. علاوه بر این، دمای فیلم این نانو ذرات بالا می رود، پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی تشکیل می شوند و سیستم تبدیل به یک شبکه پیوند هیدروژنی سه بعدی می شود. بنابراین پتانسیل کامل برهمکنش های برگشت پذیر سوپرا مولکول ها در فرآیند مواد به کار می رود. [۶]

منابع[ویرایش]

  1. «سوپرامولکول - آشنایی و دانلود پروژه و مقالات سوپرامولکولها». پریزمابوک. 2015-12-27. بازبینی‌شده در 2019-04-16. 
  2. Šantrůček, J. (2007-12). "Huang, B. (ed.): Plant-Environment Interactions". Photosynthetica. 45 (4): 612–612. doi:10.1007/s11099-007-0105-2. ISSN 0300-3604. Check date values in: |date= (help)
  3. «Smart Materials Series». pubs.rsc.org. بازبینی‌شده در 2019-04-16. 
  4. Webber, Matthew J.; Appel, Eric A.; Meijer, E. W.; Langer, Robert (2016-01-01). "Supramolecular biomaterials". Nature Materials. 15: 13–26. doi:10.1038/nmat4474. ISSN 1476-1122.
  5. ۵٫۰ ۵٫۱ تبیان, مجله فرهنگی و اطلاع رسانی. «شیمی سوپرا مولکول». تبیان. بازبینی‌شده در 2019-04-16. 
  6. تبیان, موسسه فرهنگی و اطلاع رسانی. «شیمی سوپرا مولکول». article.tebyan.net. بازبینی‌شده در 2019-04-16. 
  • ویکی‌پدیای انگلیسی