На волне обнаружения в 1985 году фуллерена, сложной молекулы из 60-ти атомов углерода, ученые начали активно искать способы синтезировать сложные атомные и молекулярные соединения с разными удивительными свойствами. К таким новым интересным химическим системам относятся и супрамолекулярные кластеры. В отличие от «традиционных» химических соединений супрамолекулярные кластеры представляют собой сборку из довольно больших молекулярных подсистем, которые могут «увязаться» друг с другом только при определенных условиях.
Возникающая между атомами при образовании молекулы ковалентная связь образуется в результате взаимного перекрытия валентных электронных облаков атомов, что можно трактовать как обобществление валентных электронов. Поэтому после формирования молекул не остается валентных электронов, которые могли бы напрямую участвовать в образовании связей между молекулами. Но это не означает, что молекулы не могут друг с другом взаимодействовать. При ближайшем рассмотрении оказывается, что электронные облака в целом электрически нейтральных молекул размазаны в пространстве неоднородно, а значит, в одной части молекулы есть избыток, условно говоря, отрицательного заряда, а в другой – положительного. Если рядом окажутся части молекул с разноименными зарядами, то между ними может возникнуть нековалентная связь. Именно к таким связям относятся водородная связь, электростатическое взаимодействие, силы Ван-дер-Ваальса, π-π и C-H-π взаимодействия. Нековалентная связь возникает и в случае, когда речь идет о взаимодействии больших молекулярным систем. Формирующаяся в такой ситуации связь будет прочной только в том случае, если взаимодействовать будут те фрагменты молекулярных систем, у которых есть взаимное геометрическое (!) и химическое соответствие. Вот именно такая связь и называется супрамолекулярной, и именно благодаря ей становится возможной самопроизвольная сборка сложнейших пространственных структур. При этом свойства получившихся веществ будут напрямую зависеть как от свойств исходных элементов, так и от их пространственной структуры. И если уметь контролировать процесс сборки, то становится возможным получение веществ с заранее заданными свойствами. Поэтому исследование механизмов сборки и приобретает статус одного из важнейших направлений современной химии.
В качестве примера работы в области супрамолекулярной химии можно привести изучение металлических нанокластеров, чья точная атомная структура позволяет ученым относительно легко организовать процесс супрамолекулярной сборки на их основе. С практической точки зрения такая деятельность позволяет получать вещества с характеристиками, улучшенными по сравнению с характеристиками исходных кластеров. Но этим польза не ограничивается. Точные структуры металлических нанокластеров позволяют легко ими манипулировать, а значит, существенно упрощают исследование механизмов межкластерного взаимодействия на атомном уровне. А понимание механизмов, в свою очередь, позволит в будущем получать материалы с заранее заданными свойствами.
К сожалению, до сияющего будущего еще очень далеко, и пока супрамолекулярная сборка сопряжена с гигантскими трудностями. Но процесс идет. Например, совсем недавно команде ученых из Университета Аньхой (Китай) и Нанкинского университета (Китай) удалось не только сконструировать на основе серебра одно-, двух- и трехмерные кластеры, но и наблюдать при помощи электронного микроскопа сам процесс сборки.
Мне важно Ваше мнение. Если нравится, ставьте лайк, подписывайтесь.