Supramolekulare Chemie

Die Supramolekulare Chemie ist ein Teilgebiet der Chemie, das sich mit der Assoziation von Molekülen zu übergeordneten (Supra-)Strukturen beschäftigt. Sie beschäftigt sich mit Prozessen der Selbstassemblierung und der Wirt-Gast-Chemie (englisch host–guest chemistry) und daraus resultierenden supramolekularen Systemen. Prägend für dieses Gebiet waren Erkenntnisse über Aggregate aus Enzymen und ihren Substraten. Zur Erforschung von Supramolekülen werden interdisziplinär Methoden aus allen Bereichen der Chemie und Physik eingesetzt. Für ihre Beiträge dazu wurden Donald J. Cram, Jean-Marie Lehn und Charles Pedersen 1987 mit dem Nobelpreis für Chemie geehrt.

Cram erklärte Wirt-Gast-Komplexe folgendermaßen:

„Diese Komplexe bestehen aus zwei oder mehr Molekülen oder Ionen, deren einzigartige Strukturen durch andere Kräfte als den kovalenten Bindungen zusammengehalten werden. […] Diese elektrostatischen Kräfte schließen Wasserstoffbrücken, Ion-Paar-Bildung, Säure-Base-Wechselwirkungen, Metall-Ligand-Wechselwirkungen, Van-der-Waals-Kräfte und hydrophobe Wechselwirkungen ein.“

Zu den meistuntersuchten Verbindungsklassen in der Supramolekularen Chemie gehören die Kronenether, die Kryptanden und Cryptate, nebst den zugehörigen metalla-Topomere, ebenso wie die Cyclodextrine und Calixarene. Aber auch anorganische Wirte wie Zeolithe und Polyoxovanadate sind möglich.

Die Untersuchung dieser Assoziate verfolgt mehrere Ziele: Sie versucht sowohl, tiefere Einsichten in die Natur von Enzym-Substrat-Komplexen zu vermitteln, als auch den Zugang zu verbesserten Katalysatoren und analytischen Methoden zu ermöglichen. Des Weiteren strebt die Supramolekulare Chemie danach, neue Materialien mit möglichst maßgeschneiderten Eigenschaften zu synthetisieren. Das wichtigste Werkzeug der Supramolekularen Chemie ist hierbei jeweils die spontane Selbstassemblierung (Selbstgruppierung) und Selbstorganisation.

Metallo-supramolekulare Chemie

Im Teilgebiet der metallo-supramolekularen Chemie werden Metallionen als wichtige strukturbildende Baugruppen eingesetzt. Die so erhaltenen Strukturen werden im Vergleich mit den rein organischen Strukturen gleicher Topologie als metalla-Topomere bezeichnet.

Literatur

• Supramolecular Chemistry und Supramolecular Chemistry II– Themenreihen im Open Access Beilstein Journal of Organic Chemistry (auf englisch)
• H.E. Hoster, M. Roos, A. Breitruck, C. Meier, K. Tonigold, T. Waldmann, U. Ziener, K. Landfester, R.J. Behm: Structure Formation in Bis(terpyridine) Derivative Adlayers: Molecule–Substrate versus Molecule–Molecule Interactions. Langmuir, 23, 2007, 11570, doi:10.1021/la701382n

Weblinks

• infochembio.ethz.ch
• Kleine Einführung in die Molekularsoziologie – die Wissenschaft vom molekularen Zusammenleben und von den zwischenmolekularen Beziehungen
• Supramolekulare Strukturen – Beobachtet mit einem Rastertunnelmikroskop