Supramolekulaarsus

Supramolekulaarsus on keemia valdkond, mis uurib organiseeritud süsteeme, mis koosnevad kahest või mitmest molekulist ning mida hoiavad koos mitte-kovalentsetest sidemetest ja nõrgematest interaktsioonidest. Sellised süsteemid moodustuvad sageli enesekorrapunktimise (self-assembly) teel ning nende ongelmide omadused tulenevad kogu koosluse koostisosadest ja nende koostööst.

Peamised mitte-kovalentsed sidemed ja interaktsioonid hõlmavad vesiniksidemeid, ioonilisi sidemeid, van der Waalsi jõude, pi–pi interaktsioone ja metalloseoseid. Need forces annavad supramolekulaarsustele võime moodustada kapsleid, kaane, torusid või raamid ning võimaldavad materjalide ja mehhanismide dünaamilist käitumist.

Supramolekulaarsus erineb traditsioonilisest, kovalentsele sidemele tuginevast keemiast peamiselt oma sidemete reversibiliteedi ja kohanemisvõime tõttu. Sellised süsteemid võivad reageerida keskkonna muutustele (pH, temperatuur, valgus, redoks) ning muunduda või dissotsieeruda vastavalt vajadusele. Seetõttu on iseloomulikult dünaamilised ja pöörduvad struktuurid.

Ajalugu ja tähtsus: mõiste ja alus on tihedalt seotud Jean-Marie Lehn, Donald J. Cram ja Charles J. Pederseniga, kelle tööd viivad Nobeli keemiapreemiasse 1987 supramolekulaarsuse arengut. Täna on valdkond olulisel kohal materjaliteaduses, katalüüsis, ravimite kohaletoimetamises, sensorites ja nanotehnoloogias, kus kasutatakse kapsleid, tugevdatud võrgustikke, rotaksaan- ja kettastruktuure ning MOF-e.

Meetodid ja väljakutsed: uurimusteks kasutatakse NMR-i, X-ray kristallograafiat, ITC-d ja mitmesuguseid spektroskoopilisi tehnikaid. Peamised väljakutsed on muutuvate tingimuste mõistmine, stabiilsuse ning skaleerimise kontrollimine üksikunitest toimivateks rakendusteks.