История химии с древнейших времен до конца XX века. В 2 т. Т. 2

К концу XX столетия химия твердого тела превратилась в динамично развивающийся раздел современного естествознания, изучающий различные аспекты твердофазных веществ, в частности, их синтез, структуру, физико-химические и функциональные свойства, механизмы реакций с их участием, возможности практического применении и многое другое.

8.5.3. Супрамолекулярная химия

Супрамолекулярная химия является одной из самых молодых и в то же время бурно развивающихся областей химии. За сравнительно недолгий период своего существования она успела пройти уже ряд важных этапов, но в то же время основные идеи и понятия этой дисциплины еще не являются общеизвестными и общепринятыми^{675}

.

Существование межмолекулярного взаимодействия установил еще в 1873 г. Й.Д. Ван-дер-Ваальс (см. т. 2, глава 3, п. 3.2.5). Однако идеологию будущей области химических знаний заложил немецкий ученый Э.Г. Фишер (см. т. 1, глава 9, п. 9.9; т. 2, глава 8, п. 8.4.1). Изучая каталитическое действие энзимов, в 90-х гг. XIX столетия Э.Г. Фишер показал, что избирательность этих веществ к определенным биохимическим реакциям носит характер взаимоотношений типа «гость — хозяин».

Ключевым моментом к пониманию механизмов взаимодействия веществ в рамках супрамолекулярной химии явилось открытие водородной связи. Л. Полинг указывал^{676}, что впервые упоминание об этом типе химической связи содержится в работе, посвященной изучению поведения аминов в водных растворах^{677}

. Авторы принимали во внимание образование водородных связей для объяснения основных свойств гидроксидов триметил- и тетраметил аммония. Через восемь лет гипотезу об образовании водородных связей использовали другие ученые для объяснения свойств воды и процессов ионизации в водных растворах^{678}.

Использование этих представлений, в конечном итоге, привело к правильному пониманию структуры белков и нуклеиновых кислот (см. т. 2, глава 8, п. 8.4.1). Параллельно, с позиций теории водородных связей химики стали изучать новые синтетические системы, основанные на нековалентных взаимодействиях, в частности образование мицелл в коллоидных растворах.

Настоящий прорыв в исследованиях произошел в середине 60-х гг. XX столетия. В 1966 г. французский ученый Жан-Мари Лен заинтересовался процессами, происходящими в нервной системе. Он пытался ответить на вопрос: может ли химия внести свой вклад в изучение этих биологических функций? Было известно, что электрические явления в нервных клетках основаны на изменении распределения ионов натрия и калия в клеточных мембранах. У Ж.-М. Лена родилась гипотеза, что специально созданные подходящие вещества могут явиться средством изучения распределения катионов щелочных металлов в мембране. Французский ученый осознал необходимость синтеза таких соединений.

Важным этапом в становлении супрамолекулярной химии (CMX) явился синтез первых краун-эфиров

американским химиком-органиком Ч. Дж. Педерсеном^{679}. Полученные вещества обладали способностью к образованию устойчивых липофильных комплексов с катионами щелочных и щелочно-земельных металлов. При этом катион металла включался во внутримолекулярную полость краун-эфира и удерживался благодаря ион-дипольному взаимодействию с гетероатомами. Наиболее устойчивыми оказались такие комплексы, у которых размер иона металла был близок к размеру полости молекулы краун-эфира.

Осенью 1968 г. Ж.-М. Лен синтезировал первый трехмерный аминоэфир, названный криптандом. Сразу же была установлена его способность прочно связывать ионы калия. Д. Крам обратил внимание на то, что краун-эфиры и криптанды недостаточно хорошо организованы для приема гостевых ионов. Ученый решил сконструировать так называемые «молекулы-контейнеры» с заранее предорганизованной структурой. В результате сложных многостадийных синтезов были получены сферанды и кавитанды.

В 1978 г. Ж.-М. Лен впервые ввел термин «супрамолекулярная химия» (CMX) и основные понятия этой дисциплины при обобщении более ранних работ^{680}. В частности, термин супермолекула в его статьях стал появляться с 1973 г. Французский ученый писал: «Подобно тому, как существует область молекулярной химии, основанной на ковалентных связях, существует и область супрамолекулярной химии, химии молекулярных ансамблей и межмолекулярных связей»^{681}. Позднее Ж.-М. Лен определил новую область исследований как «химию, описывающую сложные образования, которые являются результатом ассоциации двух (или более) химических частиц, связанных вместе межмолекулярными силами»^{682}. Начало 80-х гг. XX в. отмечено стремительным развитием этой молодой междисциплинарной науки.

^{Жан-Мари Лен}