Tytuł Wstęp do chemii supramolekularnej (wydanie II) Autor Helena Dodziuk Język polski Wydawnictwo Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego ISBN 978-83-235-3279-8 seria ŚWIAT NANOTECHNOLOGII Rok wydania 2018 Wydanie 2 liczba stron 322 Format pdf Spis treści Przedmowa do drugiego wydania w języku polskim 9
Wstęp 11
Rozdział 1 Chemia supramolekularna. Co to jest? 13
Rozdział 2 Rozpoznawanie molekularne i chiralne. Samoorganizacja, autoasocjacja i preorganizacja 31
2.1. Rozpoznawanie molekularne i chiralne 31
2.2. Autoasocjacja i samoorganizacja 35
2.3. Rola preorganizacji w syntezie cząsteczek topologicznych. Reakcje templatowe 37
2.4. Reakcja syntezy jednoreaktorowej. Autoasocjacja kowalencyjna oparta na preorganizacji 42
Rozdział 3 Kompleksy inkluzyjne. Chemia kompleksów
gość–gospodarz 50
3.1. Początki chemii gość–gospodarz. Prace Pedersena dotyczące eterów koronowych 50
3.2. Nomenklatura 56
3.3. Budowa kompleksów inkluzyjnych 59
3.4. Dynamiczny charakter kompleksów inkluzyjnych 61
3.5. Kompleksy z dobraniem wymuszonym i bez niego: endohedralne kompleksy fullerenów, hemikarcerandy i otrzymane przez zespół Rebeka niesztywne cząsteczki
gospodarza tworzące kompleksy przypominające piłki tenisowe 63
Rozdział 4 Struktury mezoskopowe jako układy pośrednie pomiędzy cząsteczkami chemicznymi (skala mikro) a komórkami organizmów żywych (skala makro) 68
4.1. Wstęp 68
4.2. Agregaty molekularne o pośrednich rozmiarach 69
4.2.1. Filmy Langmuira i Langmuira–Blødgett i inne warstwy autoasocjowane 71
4.2.2. Jedno- i dwuwarstwowe membrany lipidowe 73
4.2.3. Mikroemulsje, micele i pęcherzyki 74
4.2.4. Nanorurki 79
4.2.5. Włókna [74, 75] 83
4.2.6. Ciekłe kryształy [83–85] 83
Rozdział 5 między klasyczną chemią naturalną a biologią. Zrozumieć i naśladować przyrodę 90
5.1. Wstęp 90
5.2. Rola samoorganizacji i autoasocjacji w żywych organizmach 91
5.2.1. Wirus mozaiki tytoniowej 91
5.2.2. Helikalna budowa DNA 93
5.2.3. Membrany komórkowe 93
5.3. Modelowanie procesów zachodzących w organizmach żywych 94
5.3.1. Kompleksy gość–gospodarz jako układy analogiczne do układu substrat–receptor w biochemii 95
5.3.2. Zasady modelowania molekularnego początków życia 95
5.3.3. Modelowanie samoreplikacji 96
5.3.4. Transport poprzez membrany. „Antybiotyki transportowe": walinomycyna, nonaktyna, monenzyna i naśladujące je cząsteczki 97
5.3.5. Cyklodekstryny [57–60] jako układy naśladujące enzymy 99
5.3.6. Układy porfirynowe modelujące zjawisko fotosyntezy 100
5.3.7. Napędzana światłem pompa protonowa 102
5.3.8. Układy kumulujące żelazo przyczyniające się do wzrostu mikroorganizmów. Syderofory 105
Rozdział 6 Na granicy między chemią a technologią – nanotechnologia i inne przemysłowe użycia układów supramolekularnych 109
6.1. Wstęp 109
6.2. Pomiędzy chemią a fizyką ciała stałego – inżynieria kryształów. Otrzymywanie kryształów o pożądanych właściwościach 111
6.3. Nanotechnologia i inne wykorzystania przemysłowe układów supramolekularnych 118
6.3.1. Cząsteczki w ruchu: elementy maszyn i silników składające się z pojedynczej cząsteczki lub pojedynczego agregatu molekularnego oraz maszyny molekularne [81–85] 121
6.3.2. Układy elektronowe oparte na cząsteczkach organicznych albo ich agregatach – chemionika 123
6.3.3. Wykorzystania w przemyśle farmaceutycznym, kosmetycznym i spożywczym 135
6.3.4. Ochrona środowiska [168–175] 137
6.3.5. Mikroemulsje w procesach czyszczenia [188–190] 139
6.3.6. Układy do ekstrakcji kationów – jonofory [191] 140
6.3.7. Inne wykorzystania układów supramolekularnych 141
6.4. Kataliza supramolekularna 143
6.4.1. Wstęp 143
6.4.2. Układy naśladujące enzymy 145
6.4.3. Makrocykliczne cząsteczki gospodarza, agregaty o pośrednich wymiarach (mikroemulsje, micele, pęcherzyki itp.) oraz materiały mezoporowe jako katalizatory 148
6.4.4. Inteligentne materiały 150
6.5. Uwagi końcowe 150
Rozdział 7 Najciekawsze ligandy makrocykliczne, pełniące funkcję gospodarza w kompleksach inkluzyjnych 159
7.1. Etery koronowe i koronandy, kryptaty i kryptandy [1–3] 159
7.1.1. Wstęp 159
7.1.2. Synteza eterów koronowych i kryptandów 162
7.1.3. Obliczenia teoretyczne dla eterów koronowych i ich kompleksów 166
7.1.4. Alkalidy i elektrydy [32, 33] 166
7.1.5. Różne cząsteczki zawierające etery koronowe, kryptandy i ich fragmenty 169
7.2. Kaliksareny [1–6], hemisferandy i sferandy [7] 174
7.2.1. Synteza kaliksarenów 174
7.2.2. Konformacje kaliksarenów 178
7.2.3. Kaliksareny jako czynniki kompleksujące 180
7.2.4. Sferandy, hemisferandy i podobne cząsteczki makrocykliczne zdolne do tworzenia kompleksów inkluzyjnych [53] 182
7.3. Karcerandy, hemikarcerandy i nowatorskie „probówki molekularne", umożliwiające otrzymywanie i stabilizację związków nietrwałych [1] 186
7.4. Cyklodekstryny i ich kompleksy [1–9] 196
7.4.1. Wstęp 196
7.4.2. Kompleksy cyklodekstryn jako rzadki przypadek układów supramolekularnych, które znalazły liczne zastosowania 203
7.4.3. Przewidywanie rozpoznawania molekularnego i chiralnego w cyklodekstrynach na podstawie obliczeń modelowych 205
7.5. Endohedralne kompleksy fullerenów 208
7.6. Nanorurki węglowe 221
7.7. Grafen 225
7.8. Dendrymery [1–5] 229
7.9. Cyklofany i steroidy, które mogą wytwarzać kompleksy inkluzyjne 240
7.9.1 Cyklofany [1, 2] 240
7.9.2. Steroidy [15] 241
7.10. Receptory wiążące aniony i receptory z rozmaitymi centrami wiążącymi [1–10] 243
7.10.1. Kationowe receptory anionów 244
7.10.2. Obojętne receptory anionów [41, 42] 248
7.10.3. Receptory z kilkoma centrami wiążącymi 251
7.11. Cząsteczki gospodarza zawierające porfiryny 255
Rozdział 8 Inne fascynujące układy supramolekularne 261
8.1. Wstęp 261
8.2. Wykorzystanie zjawiska preorganizacji: cząsteczki o nietypowej topologii [1–13] 262
8.3. Układy z dwoma i pokaźniejszą liczbą wiązań wodorowych 275
8.3.1. Rozety, taśmy (wstęgi), włókna i sieci dwuwymiarowe 275
8.3.2. Kapsułki z wiązaniam wodorowymi i inne bardziej złożone układy [20, 21] 281
8.3.3. Klatraty hydratów gazów [38] 282
8.4. Układy zawierające wiązanie halogenowe [1–3] 288
8.5. Zeolity ekologiczne [1,2] 291
8.6. Sterowany metalem proces samoorganizacji złożonych układów supramolekularnych: łańcuchy, stojaki, drabinki, kratki, makrocykle, klatki, nanorurki i przeplecione włókna – helikaty [1, 2] 298
8.6.1. Łańcuchy, stojaki, drabinki, kratki, makrocykle i klatki [3] 298
8.6.2. Struktury metaloorganiczne oraz ciekłe materiały porowate 304
8.6.3. Helikaty [38, 39] 305
Rozdział 9 Perspektywy dalszego rozwoju chemii supramolekularnej 311
Skorowidz 314
Wstęp 11
Rozdział 1 Chemia supramolekularna. Co to jest? 13
Rozdział 2 Rozpoznawanie molekularne i chiralne. Samoorganizacja, autoasocjacja i preorganizacja 31
2.1. Rozpoznawanie molekularne i chiralne 31
2.2. Autoasocjacja i samoorganizacja 35
2.3. Rola preorganizacji w syntezie cząsteczek topologicznych. Reakcje templatowe 37
2.4. Reakcja syntezy jednoreaktorowej. Autoasocjacja kowalencyjna oparta na preorganizacji 42
Rozdział 3 Kompleksy inkluzyjne. Chemia kompleksów
gość–gospodarz 50
3.1. Początki chemii gość–gospodarz. Prace Pedersena dotyczące eterów koronowych 50
3.2. Nomenklatura 56
3.3. Budowa kompleksów inkluzyjnych 59
3.4. Dynamiczny charakter kompleksów inkluzyjnych 61
3.5. Kompleksy z dobraniem wymuszonym i bez niego: endohedralne kompleksy fullerenów, hemikarcerandy i otrzymane przez zespół Rebeka niesztywne cząsteczki
gospodarza tworzące kompleksy przypominające piłki tenisowe 63
Rozdział 4 Struktury mezoskopowe jako układy pośrednie pomiędzy cząsteczkami chemicznymi (skala mikro) a komórkami organizmów żywych (skala makro) 68
4.1. Wstęp 68
4.2. Agregaty molekularne o pośrednich rozmiarach 69
4.2.1. Filmy Langmuira i Langmuira–Blødgett i inne warstwy autoasocjowane 71
4.2.2. Jedno- i dwuwarstwowe membrany lipidowe 73
4.2.3. Mikroemulsje, micele i pęcherzyki 74
4.2.4. Nanorurki 79
4.2.5. Włókna [74, 75] 83
4.2.6. Ciekłe kryształy [83–85] 83
Rozdział 5 między klasyczną chemią naturalną a biologią. Zrozumieć i naśladować przyrodę 90
5.1. Wstęp 90
5.2. Rola samoorganizacji i autoasocjacji w żywych organizmach 91
5.2.1. Wirus mozaiki tytoniowej 91
5.2.2. Helikalna budowa DNA 93
5.2.3. Membrany komórkowe 93
5.3. Modelowanie procesów zachodzących w organizmach żywych 94
5.3.1. Kompleksy gość–gospodarz jako układy analogiczne do układu substrat–receptor w biochemii 95
5.3.2. Zasady modelowania molekularnego początków życia 95
5.3.3. Modelowanie samoreplikacji 96
5.3.4. Transport poprzez membrany. „Antybiotyki transportowe": walinomycyna, nonaktyna, monenzyna i naśladujące je cząsteczki 97
5.3.5. Cyklodekstryny [57–60] jako układy naśladujące enzymy 99
5.3.6. Układy porfirynowe modelujące zjawisko fotosyntezy 100
5.3.7. Napędzana światłem pompa protonowa 102
5.3.8. Układy kumulujące żelazo przyczyniające się do wzrostu mikroorganizmów. Syderofory 105
Rozdział 6 Na granicy między chemią a technologią – nanotechnologia i inne przemysłowe użycia układów supramolekularnych 109
6.1. Wstęp 109
6.2. Pomiędzy chemią a fizyką ciała stałego – inżynieria kryształów. Otrzymywanie kryształów o pożądanych właściwościach 111
6.3. Nanotechnologia i inne wykorzystania przemysłowe układów supramolekularnych 118
6.3.1. Cząsteczki w ruchu: elementy maszyn i silników składające się z pojedynczej cząsteczki lub pojedynczego agregatu molekularnego oraz maszyny molekularne [81–85] 121
6.3.2. Układy elektronowe oparte na cząsteczkach organicznych albo ich agregatach – chemionika 123
6.3.3. Wykorzystania w przemyśle farmaceutycznym, kosmetycznym i spożywczym 135
6.3.4. Ochrona środowiska [168–175] 137
6.3.5. Mikroemulsje w procesach czyszczenia [188–190] 139
6.3.6. Układy do ekstrakcji kationów – jonofory [191] 140
6.3.7. Inne wykorzystania układów supramolekularnych 141
6.4. Kataliza supramolekularna 143
6.4.1. Wstęp 143
6.4.2. Układy naśladujące enzymy 145
6.4.3. Makrocykliczne cząsteczki gospodarza, agregaty o pośrednich wymiarach (mikroemulsje, micele, pęcherzyki itp.) oraz materiały mezoporowe jako katalizatory 148
6.4.4. Inteligentne materiały 150
6.5. Uwagi końcowe 150
Rozdział 7 Najciekawsze ligandy makrocykliczne, pełniące funkcję gospodarza w kompleksach inkluzyjnych 159
7.1. Etery koronowe i koronandy, kryptaty i kryptandy [1–3] 159
7.1.1. Wstęp 159
7.1.2. Synteza eterów koronowych i kryptandów 162
7.1.3. Obliczenia teoretyczne dla eterów koronowych i ich kompleksów 166
7.1.4. Alkalidy i elektrydy [32, 33] 166
7.1.5. Różne cząsteczki zawierające etery koronowe, kryptandy i ich fragmenty 169
7.2. Kaliksareny [1–6], hemisferandy i sferandy [7] 174
7.2.1. Synteza kaliksarenów 174
7.2.2. Konformacje kaliksarenów 178
7.2.3. Kaliksareny jako czynniki kompleksujące 180
7.2.4. Sferandy, hemisferandy i podobne cząsteczki makrocykliczne zdolne do tworzenia kompleksów inkluzyjnych [53] 182
7.3. Karcerandy, hemikarcerandy i nowatorskie „probówki molekularne", umożliwiające otrzymywanie i stabilizację związków nietrwałych [1] 186
7.4. Cyklodekstryny i ich kompleksy [1–9] 196
7.4.1. Wstęp 196
7.4.2. Kompleksy cyklodekstryn jako rzadki przypadek układów supramolekularnych, które znalazły liczne zastosowania 203
7.4.3. Przewidywanie rozpoznawania molekularnego i chiralnego w cyklodekstrynach na podstawie obliczeń modelowych 205
7.5. Endohedralne kompleksy fullerenów 208
7.6. Nanorurki węglowe 221
7.7. Grafen 225
7.8. Dendrymery [1–5] 229
7.9. Cyklofany i steroidy, które mogą wytwarzać kompleksy inkluzyjne 240
7.9.1 Cyklofany [1, 2] 240
7.9.2. Steroidy [15] 241
7.10. Receptory wiążące aniony i receptory z rozmaitymi centrami wiążącymi [1–10] 243
7.10.1. Kationowe receptory anionów 244
7.10.2. Obojętne receptory anionów [41, 42] 248
7.10.3. Receptory z kilkoma centrami wiążącymi 251
7.11. Cząsteczki gospodarza zawierające porfiryny 255
Rozdział 8 Inne fascynujące układy supramolekularne 261
8.1. Wstęp 261
8.2. Wykorzystanie zjawiska preorganizacji: cząsteczki o nietypowej topologii [1–13] 262
8.3. Układy z dwoma i pokaźniejszą liczbą wiązań wodorowych 275
8.3.1. Rozety, taśmy (wstęgi), włókna i sieci dwuwymiarowe 275
8.3.2. Kapsułki z wiązaniam wodorowymi i inne bardziej złożone układy [20, 21] 281
8.3.3. Klatraty hydratów gazów [38] 282
8.4. Układy zawierające wiązanie halogenowe [1–3] 288
8.5. Zeolity ekologiczne [1,2] 291
8.6. Sterowany metalem proces samoorganizacji złożonych układów supramolekularnych: łańcuchy, stojaki, drabinki, kratki, makrocykle, klatki, nanorurki i przeplecione włókna – helikaty [1, 2] 298
8.6.1. Łańcuchy, stojaki, drabinki, kratki, makrocykle i klatki [3] 298
8.6.2. Struktury metaloorganiczne oraz ciekłe materiały porowate 304
8.6.3. Helikaty [38, 39] 305
Rozdział 9 Perspektywy dalszego rozwoju chemii supramolekularnej 311
Skorowidz 314
