Ensamblaje supramolecular

Un ensamblaje supramolecular es un complejo de moléculas unidas por enlaces no covalentes. Si bien un ensamblaje supramolecular puede estar compuesto simplemente por dos moléculas (p. ej., una doble hélice de ADN o un compuesto de inclusión), o un número definido de moléculas que interactúan estequiométricamente dentro de un complejo cuaternario, se usa más a menudo para denotar complejos más grandes compuestos por números indefinidos. de moléculas que forman especies similares a esferas, varillas o láminas. Los coloides, los cristales líquidos, los condensados ​​biomoleculares, las micelas, los liposomas y las membranas biológicas son ejemplos de ensamblajes supramoleculares.Las dimensiones de los ensamblajes supramoleculares pueden variar desde nanómetros hasta micrómetros. Por lo tanto, permiten el acceso a objetos a nanoescala utilizando un enfoque de abajo hacia arriba en muchos menos pasos que una sola molécula de dimensiones similares.

El proceso por el cual se forma un ensamblaje supramolecular se denomina autoensamblaje molecular. Algunos tratan de distinguir el autoensamblaje como el proceso por el cual las moléculas individuales forman el agregado definido. La autoorganización, entonces, es el proceso por el cual esos agregados crean estructuras de orden superior. Esto puede resultar útil cuando se habla de cristales líquidos y copolímeros de bloque.

Reacciones de plantilla

Como se estudia en química de coordinación, los iones metálicos (generalmente iones de metales de transición) existen en solución unidos a ligandos. En muchos casos, la esfera de coordinación define geometrías que conducen a reacciones entre ligandos o que involucran ligandos y otros reactivos externos.

Charles Pedersen describió una plantilla de iones metálicos bien conocida en su síntesis de varios éteres corona utilizando cationes metálicos como plantilla. Por ejemplo, 18-corona-6 coordina fuertemente el ion potasio, por lo que se puede preparar a través de la síntesis del éter de Williamson utilizando el ion potasio como metal molde.

Los iones metálicos se utilizan con frecuencia para el ensamblaje de grandes estructuras supramoleculares. Los marcos orgánicos metálicos (MOF) son un ejemplo. Los MOF son estructuras infinitas donde el metal sirve como nodos para conectar ligandos orgánicos entre sí. Los SCC son sistemas discretos en los que metales y ligandos seleccionados se autoensamblan para formar complejos supramoleculares finitos; por lo general, el tamaño y la estructura del complejo formado pueden determinarse por la angularidad de los enlaces metal-ligando elegidos.

Ensamblaje supramolecular asistido por enlace de hidrógeno

El ensamblaje supramolecular asistido por enlaces de hidrógeno es el proceso de ensamblaje de pequeñas moléculas orgánicas para formar grandes estructuras supramoleculares mediante interacciones de enlaces de hidrógeno no covalentes. La direccionalidad, la reversibilidad y la fuerte naturaleza de enlace del enlace de hidrógeno lo convierten en un enfoque atractivo y útil en el ensamblaje supramolecular. Los grupos funcionales como los ácidos carboxílicos, las ureas, las aminas y las amidas se utilizan comúnmente para ensamblar estructuras de orden superior mediante enlaces de hidrógeno.

Los enlaces de hidrógeno juegan un papel esencial en el ensamblaje de estructuras secundarias y terciarias de biomoléculas grandes. La doble hélice del ADN está formada por enlaces de hidrógeno entre nucleobases: la adenina y la timina forman dos enlaces de hidrógeno, mientras que la guanina y la citosina forman tres enlaces de hidrógeno (Figura "Enlaces de hidrógeno en (a) formación de dúplex de ADN"). Otro ejemplo destacado de ensamblaje asistido por enlaces de hidrógeno en la naturaleza es la formación de estructuras secundarias de proteínas. Tanto la hélice α como la hoja β se forman a través de enlaces de hidrógeno entre el hidrógeno de la amida y el oxígeno del carbonilo de la amida (Figura "Enlaces de hidrógeno en (b) la estructura de la hoja β de la proteína").

En química supramolecular, los enlaces de hidrógeno se han aplicado ampliamente a la ingeniería de cristales, el reconocimiento molecular y la catálisis. Los enlaces de hidrógeno se encuentran entre los sintones más utilizados en el enfoque ascendente para diseñar interacciones moleculares en cristales. Los patrones de enlaces de hidrógeno representativos para el ensamblaje supramolecular se muestran en la Figura "Patrones de enlaces de hidrógeno representativos en el ensamblaje supramolecular". Una mezcla 1:1 de ácido cianúrico y melamina forma cristales con una red de enlaces de hidrógeno muy densa. Estos agregados supramoleculares se han utilizado como plantillas para diseñar otras estructuras cristalinas.

Aplicaciones

Los ensamblajes supramoleculares no tienen aplicaciones específicas, pero son objeto de muchas reacciones intrigantes. Se ha demostrado que un ensamblaje supramolecular de péptidos anfífilos en forma de nanofibras promueve el crecimiento de las neuronas. Una ventaja de este enfoque supramolecular es que las nanofibras se degradarán nuevamente en moléculas de péptidos individuales que el cuerpo puede descomponer. Mediante el autoensamblaje de dipéptidos dendríticos, se pueden producir cilindros huecos. Los conjuntos cilíndricos poseen un orden helicoidal interno y se autoorganizan en redes cristalinas líquidas columnares. Cuando se insertan en las membranas vesiculares, los conjuntos cilíndricos porosos median el transporte de protones a través de la membrana. El autoensamblaje de dendrones genera matrices de nanocables.Los complejos donador-aceptor de electrones comprenden el núcleo de los conjuntos supramoleculares cilíndricos, que se autoorganizan en redes cristalinas líquidas columnares bidimensionales. Cada conjunto supramolecular cilíndrico funciona como un cable individual. Se obtuvieron altas movilidades de portadores de carga para huecos y electrones.