Literatur. Supramolecular Chemistry, 2nd edition Jonathan W. Steed, Jerry L. Atwood Wiley

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1 A. Schiller

2 Inhalt Einleitung Grundlagen Rezeptoren für Kationen Rezeptoren für Anionen Supramolekulare Koordinationschemie Rotaxane und Catenane Molekulare Maschinen Supramolekulare Katalyse FSU Jena Schiller 2

3 Literatur Supramolecular Chemistry, 2nd edition Jonathan W. Steed, Jerry L. Atwood Wiley FSU Jena Schiller 3

4 Wichtige Literatur Section 1: Concepts Section 2: Techniques Section 3: Molecular Recognition Section 4: Supramolecular Reactivity Section 5: Supramolecular Aspects of Chemical Biology Section 6: Self-Processes Section 7: Supramolecular Devices Section 8: Supramolecular Materials Chemistry Section 9: Soft Matter Section 10: Nanotechnology FSU Jena Schiller 4

5 Spezielle Journale a) b) c) FSU Jena Schiller 5

6 Inhalt Einleitung Grundlagen Rezeptoren für Kationen Rezeptoren für Anionen Supramolekulare Koordinationschemie Rotaxane und Catenane Molekulare Maschinen Supramolekulare Katalyse Molekulares Prägen FSU Jena Schiller 6

7 Definition Chemie der molekularen Organisation und der intermolekularen Bindungen Supermolecules are to molecules and the intermolecular bond what molecules are to atoms and the covalent bond FSU Jena Schiller 7

8 Supramolekulare Chemie Molekülchemie Supramolekulare Chemie Atomare Bausteine Angström Einheit Molekulare Bausteine Nanoskalige Einheit Vorprogrammierte Synthese (Konstruktion) Selbst-Organisation diskreter Strukturen höherer Ordnung Schwache chemische Wechselwirkungen FSU Jena Schiller 8

9 Supramolekulare Chemie FSU Jena Schiller 9

10 Klassische und supramolekulare Synthese chemische Bindungen werden gespalten O H O + OH O Organische Synthese chemische Bindungen werden erzeugt O O O + H O H Molekül keine intermolekulare Bindung O H O Supramolekulare Synthese intermolekulare Bindung O H O O H O Lösungsmittel O H O "Übermolekül" nach K. L. Wolf FSU Jena Schiller 10

11 Selbstorganisation (engl. self-assembly) Während eines Selbstorganisations-Prozesses fügen sich die Komponenten in autonomer Weise durch Ausprobieren von Alternativen in die finale Struktur ein. Weder Kontrollmechanismen noch externe Unterstützung sind dazu nötig. FSU Jena Schiller 11

12 Selbstorganisation & -assemblierung Der Begriff Selbstassemblierung (engl. self-assembly), ist bislang nicht einheitlich festgelegt und wird daher in den unterschiedlichsten Zusammenhängen sehr verschieden definiert. Damit einher geht auch die zusätzlich unklare Abgrenzung gegenüber dem Begriff Selbstorganisation, so dass die Verwendung beider Begriffe oft austauschbar und unspezifisch erfolgt. Weitere Informationen unter FSU Jena Schiller 12

13 Self-Assembly in biologischen Systemen DNA FSU Jena Schiller 13

14 Self-Assembly in biologischen Systemen Tabak-Mosaik-Virus 2130 Protein-Einheiten an einem RNA Strang 1000 Å FSU Jena Schiller 14

15 Supramolekulare Chemie Supramolekulare Chemie Crystal engineering Fokus auf diskrete Assemblierung Fokus auf unendliche Assemblierung FSU Jena Schiller 15

16 Enzym-Substrat Wechselwirkung FSU Jena Schiller 16

17 Geschichte 1893 Alfred Werner: Koordinationschemie 1894 Emil Fischer: Schlüssel-Schloss-Prinzip 1906 Paul Ehrlich: Rezeptor-Konzept 1937 K. L. Wolf: Übermolekül in Folge von Self-Assembly (z. B. Essigsäure-Dimer) 1953 Watson and Crick: DNA Struktur 1967 Charles Pederson: Kronenether 1969 Jean-Marie Lehn: Kryptanden 1973 Donald Cram: Präorganisation 1978 Jean-Marie Lehn: Einführung des Begriffs Supramolekulare Chemie FSU Jena Dietzek/Schiller 17

18 Nobel Preis Chemie 1987 Donald Cram Los Angeles Jean-Marie Lehn Straßburg Charles Pedersen Dupont, Wilmington Entwicklung und Verwendung von Molekülen mit strukturspezifischer Wirkung und hoher Selektivität FSU Jena Schiller 18

19 Supramolekulare Wechselwirkungen Kovalente Bindung Ion-Ion WW Ion-Dipol WW Dipol-Dipol WW H-Brücken Bindung Kationen-π WW π-π WW Van der Waals WW Hydrophobe WW kj/mol kj/mol 5-50 kj/mol kj/mol 5-80 kj/mol 0-50 kj/mol <5 kj/mol Entropie (Lösungsmittel) FSU Jena Schiller 19

20 H-Brücken Bindung + D H A Starke H-Brücken kj mol -1 Mittelstarke H-Brücken kj mol -1 Schwache H-Brücken 4 20 kj mol -1 Low-barrier H-Brücken + + D H A D H A FSU Jena Schiller 20

21 H-Brücken Bindung Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 40, 2383 FSU Jena Schiller 21

22 Sekundäre Wechselwirkungen Unter sekundären Wechselwirkungen versteht man die Verstärkung oder Schwächung einer H-Brücke durch die elektrostatischen Effekte einer oder mehrerer parallel angeordneter H-Brücken. Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 40, 2383 FSU Jena Schiller 22

23 Elektrostatische WW FSU Jena Schiller 23

24 Kationen-p-Wechselwirkungen Dibenzo-18-Krone-6 K + Komplex K(BPh 4 ) Methylamin Dehydrogenase Chem. Rev. 1997, 97, 1303 FSU Jena Schiller 24

25 Energetische Betrachtungen Experimental Evidence for Alkali Metal Cation-π Interactions Gokelet al. Eur. J. Org. Chem. 2000, 2967 FSU Jena Schiller 25

26 Hydrophobe Effekte FSU Jena Schiller 26

27 Multivalenz DOI: /ange FSU Jena Schiller 27

28 Kooperative Effekte O 2 -Bindung an Hämoglobin FSU Jena Schiller 28

29 Präorganisation Affinität & Selektivität Donald Cram Los Angeles FSU Jena Schiller 29

30 Fehlerkorrektur FSU Jena Schiller 30