macrozyclische

Macrocyclische verbindingen zijn moleculen met een gesloten ring waarin een relatief groot aantal atomen deel uitmaakt van de hoofdstructuur. De ring kan bestaan uit koolstofatomen en/of heteroatomen zoals zuurstof en stikstof. Een kenmerkend aspect is preorganisatie: de bouwstenen zijn zodanig gerangschikt dat de ring grotendeels vooraf is gevormd, waardoor deze verbindingen vaak een specifieke ruimtelijke vorm en gaten vullen. Dit leidt tot hoge bindingprefentie en selectiviteit in host-guest chemie en heeft vele toepassingen mogelijk gemaakt.

Tot de belangrijkste subgroepen behoren kroonetheren (kroonethers), porfyrinen, calixarenen en cyclodextrines. De grootte en vorm van het cavitaire gebied bepalen welke gastmoleculen of metalen ionen worden gebonden. De stabiliteit en flexibiliteit van macrocyclische systemen maken ze geschikt als liganden, sensoren en katalysatoren.

Synthetisch worden macrocyclische verbindingen vaak gemaakt via cyclisatie op lage of hoge concentratie, of via template-gestuurde synthese waarbij een metaal- of organisch complex de bouwstenen ordent en samensmolten tot het macrocycle. Moderne strategieën omvatten ook ring-Closing metathese en andere cyclisatie-technieken.

Toepassingen zijn uitgebreid: ionenselectie en scheiding, katalyse, medicijnafgifte (drug delivery), en fotodynamische therapie; macrocyclische liganden kunnen metaalcentra stabiliseren en dienstdoen als beeldvormings- of sensorische agentia.

Historisch gezien kwamen de ideeën over macrocyclische moleculen in de jaren 1960–1970 op, met de ontwikkelingen van kroonetheren door Pedersen en de daaropvolgende bijdragen van Lehn en Cram; in 1987 ontvingen zij de Nobelprijs voor chemie voor gast- en host-chemie en macrocyclische verbindingen.