Докторант
  1. Неорганическая химия  1.1. Координационная химия  1.1.1. Теория поля лигандов  1.1.2. Теория кристаллического поля  1.1.3. Теория молекулярных орбиталей для координационных соединений  1.1.4. Устойчивость координационных соединений  1.1.5. Электронные спектры координационных соединений  1.1.6. Изомерия в координационных соединениях  1.1.7. Кинетика и механизм координационных реакций  1.2. Органометаллическая химия  1.2.1. Металлокарбонилы  1.2.2. Металлические алкилы и арилы  1.2.3. Карбены Фишера и Шрока  1.2.4. Оксидативное присоединение и восстановительное элиминирование  1.2.5. Металлические гидриды  1.2.6. Катализ с помощью металлоорганических соединений  1.2.7. Металлоцены и сэндвич-комплексы  1.2.8. Активация CH  1.3. Химия твердых тел  1.3.1. Кристаллические структуры и решетки  1.3.2. Теория зон и электрические свойства  1.3.3. Дефекты в кристалле  1.3.4. Синтез твердых материалов  1.3.5. Магнитные и оптические свойства твердых тел  1.3.6. Сверхпроводимость  1.3.7. Ионика твердого состояния  1.4. Био-неорганическая химия  1.4.1. Металлопротеины и ферменты  1.4.2. Транспорт и хранение ионов металлов  1.4.3. Роль металлов в медицине  1.4.4. Катализ, вдохновленный биологией  1.4.5. Взаимодействия металлов с ДНК  1.4.6. Metal Complexes in Medical Science  1.5. Лантаноиды и актиноиды  1.5.1. Электронная конфигурация и степени окисления в лантаноидах и актиноидах  1.5.2. Спектральные и магнитные свойства в лантанидах и актиноидах  1.5.3. Разделение и извлечение лантаноидов и актинойдов  1.5.4. Координационная химия элементов f-блока  1.6. Химия главной группы  1.6.1. Химия соединений бора  1.6.2. Химия соединений кремния и германия  1.6.3. Химия соединений фосфора и серы  1.6.4. Органосиликатная химия  1.6.5. Химия инертных газов
  2. Органическая химия  2.1. Механизм реакции  2.1.1. Реакции нуклеофильного замещения  2.1.2. Электрофильные реакции присоединения и замещения  2.1.3. Реакции элиминирования  2.1.4. Реакции перегруппировки  2.1.5. Радикальные реакции  2.1.6. Перициклические реакции  2.1.7. Фотохимические реакции  2.2. Стереохимия  2.2.1. Хиральность и оптическая активность  2.2.2. Структурный анализ  2.2.3. Стереоэлектронные эффекты  2.2.4. Асимметричный синтез  2.2.5. Динамическая стереохимия  2.3. Органометаллическая химия в органическом синтезе  2.3.1. Органолитиевые и органомагниевые реагенты  2.3.2. Реакции сопряжения, катализируемые переходными металлами  2.3.3. Реакции, катализируемые палладием  2.3.4. Олефиновый метатезис  2.3.5. Катализ золота и серебра  2.4. Химия природных продуктов  2.4.1. Алкалоиды и терпеноида  2.4.2. Стероиды и флавоноиды  2.4.3. Полный синтез природных соединений  2.4.4. Биосинтез природных продуктов  2.5. Супрамолекулярная химия  2.5.1. Химия "хозяин-гость"  2.5.2. Самосборка и молекулярное распознавание  2.5.3. Супрамолекулярный катализа  2.5.4. Молекулярные машины
  3. Физическая химия  3.1. Термодинамика  3.1.1. Законы термодинамики  3.1.2. Химический потенциал и равновесие  3.1.3. Статистическая термодинамика  3.1.4. Неравновесная термодинамика  3.2. Квантовая химия  3.2.1. Уравнение Шрёдингера и его применения  3.2.2. Теория молекулярных орбиталей  3.2.3. Теория функционала плотности  3.2.4. Методы пост-Хартри–Фока  3.3. Химическая кинетика  3.3.1. Теория скорости реакции  3.3.2. Механизм и законы скорости  3.3.3. Катализ и кинетика ферментов  3.3.4. Динамика реакций  3.4. Спектроскопия и молекулярная структура  3.4.1. Инфракрасная спектроскопия  3.4.2. УФ-видимая спектроскопия  3.4.3. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса  3.4.4. Масс-спектрометрия  3.4.5. Раманская спектроскопия  3.5. Поверхностная и коллоидная химия  3.5.1. Адсорбция и катализм  3.5.2. ПАВ и мицеллы  3.5.3. Коллоидная стабильность  3.5.4. Наноматериалы и интерфейсы
  4. Аналитическая химия  4.1. Хроматография  4.1.1. Газовая хроматография  4.1.2. Высокоэффективная жидкостная хроматография  4.1.3. Thin Layer Chromatography  4.1.4. Ионная хроматография  4.2. Электроаналитические методы  4.2.1. Вольтамметрия и Полярография  4.2.2. Кондуктометрия и потенциометрия  4.2.3. Кулонометрия  4.3. Спектроскопические методы  4.3.1. Атомно-абсорбционная спектроскопия  4.3.2. Флуоресцентная спектроскопия  4.3.3. Рентгеновская дифракция  4.3.4. Спектроскопия электронного парамагнитного резонанса  4.4. Хемометрика  4.4.1. Обработка данных и статистические методы  4.4.2. Мультдисциплинарный анализ  4.4.3. Машинное обучение в аналитической химии
  5. Теоретическая и вычислительная химия  5.1. Молекулярное динамическое моделирование  5.2. Методы квантовой химии  5.3. Компьютерное проектирование лекарств  5.4. Машинное обучение в химии  5.5. Аб иницио молекулярная динамика
  6. Биофизика и медицинская химия  6.1. Открытие и разработка лекарств  6.2. Кинетика ферментов и ингибирование  6.3. Подход к химической биологии  6.4. Взаимодействия белок-лиганд  6.5. Биоортогональная химия
  7. Химия материалов  7.1. Химия полимеров  7.1.1. Механизм полимеризации  7.1.2. Функциональные полимеры  7.1.3. Биоразлагаемые полимеры  7.1.4. Проводящие и полупроводниковые полимеры  7.2. Нанохимия  7.2.1. Наночастицы и наноструктуры  7.2.2. Наноматериалы на основе углерода  7.2.3. Квантовые точки  7.3. Энергетическая и экологическая химия  7.3.1. Battery and Fuel Cell Chemistry  7.3.2. Зеленая химия и устойчивые материалы  7.3.3. Фотокатализ

Докторант → Органическая химия ↓


Супрамолекулярная химия


Супрамолекулярная химия — это увлекательная и обширная область химии, сосредоточенная на изучении структур и функций молекул, связанных друг с другом с помощью нековалентных взаимодействий. В отличие от традиционной химии, акцентирующей внимание на образовании молекул через ковалентные связи, супрамолекулярная химия занимается взаимодействиями, такими как водородные связи, силы Ван-дер-Ваальса, π-π взаимодействия и электростатические силы.

Введение в супрамолекулярную химию

Термин «супрамолекулярная химия» был популяризирован Жаном-Мари Леном, который был награждён Нобелевской премией по химии в 1987 году за свои разработки в этой области. В своей основе супрамолекулярная химия включает исследование молекулярных сборок и комплексов, описывая, как молекулы объединяются для выполнения функций, которые отдельные молекулы не могут достичь в одиночку.

Нековалентные взаимодействия

В супрамолекулярной химии нековалентные взаимодействия играют важную роль. К ним относятся:

  • Водородная связь: сильное направленное взаимодействие, в котором атом водорода ковалентно связан с электроотрицательным атомом (таким как кислород или азот).
  • Силы Ван-дер-Ваальса: слабые силы, возникающие из временных диполей в атомах и молекулах.
  • π-π стекование: взаимодействие между ароматическими кольцами, где электронные облака перекрываются.
  • Электростатическая сила: притяжение между заряженными телами, такими как ионы.
H - X···Y

Традиционное представление водородной связи: донор водорода (H) соединён с электроотрицательным атомом (X), который взаимодействует с неподеленной парой другого электроотрицательного атома (Y).

Химия «хозяин-гость»

Одним из фундаментальных понятий супрамолекулярной химии является химия «хозяин-гость». Она включает взаимодействие между молекулой-хозяином и молекулой-гостем, при этом хозяин часто предоставляет полость или карман, в который вписывается гость.

Рассмотрим пример циклодекстрина, который выступает в качестве молекулы-хозяина благодаря своей гидрофобной полости, позволяющей удерживать гидрофобные молекулы-гости:

[Хозяин] + [Гость] ⇌ [Комплекс Хозяин-Гость]

Это равновесие отражает взаимодействие между хозяином и гостем, приводящее к образованию комплексной структуры, что является фундаментальной идеей в супрамолекулярной химии.

Краун-эфиры и криптанды

Краун-эфиры и криптанды являются классическими примерами макроциклических соединений, иллюстрирующими принципы химии «хозяин-гость». Краун-эфиры — это циклические молекулы, которые могут плотно связывать катионы благодаря электронно-богатым атомам кислорода в их структуре.

пример краун-эфира: C(OCH2CH2)n

Эти молекулы важны для понимания принципа селективности, поскольку краун-эфиры могут избирательно связывать определённые катионы в зависимости от их размера и заряда.

Применение супрамолекулярной химии

Понятия супрамолекулярной химии породили множество приложений во многих областях:

  • Доставка лекарств: Супрамолекулярные системы могут улучшать растворимость, стабильность и целевую доставку лекарств.
  • Молекулярное распознавание: ключ к сенсорной технологии и катализу благодаря возможности проводить специфические взаимодействия с целевыми молекулами.
  • Самовосстанавливающиеся материалы: Материалы, которые могут сами восстанавливаться благодаря супрамолекулярным взаимодействиям и реорганизациям.

Пример фрагментации

Рассмотрим супрамолекулярную систему, используемую в доставке лекарств:

Лекарство (D) + Циклодекстрин (CD) ⇌ Комплекс CD-D

В этой системе циклодекстрин (CD) служит хозяином для инкапсуляции лекарства (D), увеличивая его растворимость и стабильность.

Супрамолекулярные полимеры

Супрамолекулярная химия также привела к разработке супрамолекулярных полимеров, которые являются комбинациями полимеров, созданными с помощью некovalentных связей. В отличие от обычных полимеров, эти материалы могут быть разделены и повторно собраны, что придаёт им невероятно уникальные свойства.

  • Применение в создании самовосстанавливающихся материалов.
  • Использование в реверсивных клеях и умных материалах.
  • Способность реагировать на внешние стимулы (температура, рН, свет).

Визуальный пример сети водородных связей

 +---O--H···O---+n| OCCn|| \ COHnN

Эта фигура показывает упрощённую диаграмму водородных связей, образующих сеть. Каждая связь представляет возможную водородную связь, показывая, как молекулы могут объединяться через эти взаимодействия.

Проблемы и будущие направления

Несмотря на свои успехи, супрамолекулярная химия остаётся сложной, особенно в понимании и прогнозировании поведения сложных сборок. Будущие исследования нацелены на:

  • Развитие вычислительных моделей: Улучшенные модели для прогнозирования супрамолекулярных взаимодействий.
  • Проектирование сложных систем: Создание сложных систем, имитирующих биологические процессы.
  • Устойчивое развитие: Использование супрамолекулярной химии для устойчивых решений, таких как эффективное хранение и преобразование энергии.

Заключение

Супрамолекулярная химия — это богатая и развивающаяся область с огромным потенциалом. Её принципы поощряют исследование молекулярных взаимодействий помимо ковалентных связей, предоставляя инновационные решения для сложных проблем в науке и технике. От систем доставки лекарств до самовосстанавливающихся материалов супрамолекулярная химия продолжает расширять наше понимание молекулярной науки.


Докторант → 2.5


U
username
0%
завершено в Докторант

← Предыдущий (2.4.4)
Биосинтез природных продуктов
Следующий (2.5.1) →
Химия "хозяин-гость"

Комментарии 



Супрамолекулярная химия

https://www.chemistryelite.com/phd/2.5?ceal=ru