SUPERMOLECOLA

SUPERMOLECOLA

(o supramolecola)

La chimica molecolare si occupa della formazione di molecole a partire da atomi che si uniscono e sono tenuti insieme da legami forti, covalenti, che ne assicurano la stabilità. La chimica macromolecolare si occupa della formazione di molecole di dimensioni rilevanti, con struttura lineare, ramificata, reticolata, ecc., ottenute dalla riunione di più molecole dello stesso tipo. La chimica supermolecolare si occupa invece dell'unione di due o più molecole di diverso tipo che si associano a formare un complesso tenuto insieme non da legami covalenti, ma da interazioni deboli (forze elettrostatiche, legami di van der Waals, legami d'idrogeno, ecc.). Gli atomi, legandosi insieme fortemente, formano le diverse molecole; queste poi, legandosi debolmente fra loro, danno origine a supermolecole. Le due molecole che si uniscono a formare una s. prendono il nome di recettore e di substrato; la prima ''ospita'' la seconda e, perché ciò possa verificarsi, occorre che fra esse esista una certa complementarietà di conformazione geometrica (forma, dimensione) e di siti di legame (natura, numero, carica, ecc.). Così il recettore spesso presenta una cavità, cioè è una molecola a struttura concava, e vuota internamente, mentre il substrato ha struttura lineare o convessa. Le molecole ospitanti possono essere naturali (ciclodestrine, ecc.) o sintetiche (eteri corona, ciclofani, ecc.), quelle ospitate possono essere molecole semplici, di piccole dimensioni, o ioni (nelle figg. 1, 2 e 3 sono rappresentate alcune s. di diversa complessità).

I recettori a forma di cavità si indicano anche come criptandi (da kryptos, ''cavità'' ''nascondiglio'') e possono ospitare strutture ''sferiche'' (ioni, ecc.) che in questo caso prendono il nome di criptati. La cavità del recettore può essere più o meno ampia a seconda del numero e/o della lunghezza delle molecole che la generano, ed è quindi in grado di ospitare ioni di grandezza non superiore a determinati valori; solo alcuni ioni e non altri possono dunque essere ospitati.

Gli ioni trattenuti dai recettori con forze di debole intensità saranno dotati di facile mobilità. Verso la metà degli anni Settanta J.-M. Lehn (v. in questa Appendice), rifacendosi a esperienze di C.J. Pedersen sulla mobilità dello ione potassio presente in strutture complesse, studiò l'utilizzazione di molecole macrobicicliche con cavità tridimensionali, in grado di ospitare ioni potassio, per verificarne la possibilità di mobilizzazione. Successivamente sintetizzò composti con cavità di diversa grandezza, scegliendo e modificando forma e grandezza delle molecole usate nella sintesi in modo che fossero adatte a substrati con diverse caratteristiche. Ciò ha consentito di disporre di una vasta gamma di composti supermolecolari. Un altro passo avanti è stato compiuto con la realizzazione di recettori politopici, capaci di complessare cationi o altri substrati attorno a più gruppi funzionali. Sono stati ottenuti anche complessi coordinanti anioni anziché cationi, come si era verificato in quelli noti in precedenza; ciò si è realizzato preparando recettori con siti reattivi formati da composti dell'ammonio quaternario, da residui di amminoacidi, ecc., capaci di coordinare ioni alogeni, carbossilici, ecc. Partendo da recettori monociclici contenenti nella catena due atomi trivalenti (azoto, ecc.) fra loro distanti è possibile avere strutture bicicliche collegando i due atomi d'azoto con molecole lineari aventi gruppi terminali capaci di reagire con l'idrogeno legato agli atomi d'azoto, ottenendo così una suddivisione della struttura ciclica di partenza. Il sistema si presta a dare composti policiclici oltre che biciclici.

Un interessante sviluppo è stato raggiunto con la realizzazione di recettori ''cilindrici'' ottenuti collegando con catene lineari non già due (o più) atomi d'azoto di un recettore monociclico ma gli atomi di due distinti monocicli sovrapposti; ne deriva una struttura formata da tre cavità (le due delle due basi e quella racchiusa fra di esse e le catene che le collegano). In queste tre distinte cavità possono trovare posto tre diversi substrati con funzioni differenti, per es. un catalizzatore, un co-catalizzatore e una molecola da attivare, che viene a trovarsi così a stretto contatto col sistema catalitico in grado di favorirne la reattività. S. con particolari gruppi funzionali agiscono come enzimi, capaci di catalizzare trasformazioni chimiche con elevata velocità e selettività di reazione; altre sono in grado di trasmettere informazioni mediante segnali (ionici, elettronici, ecc.).

Bibl.: J.-M. Lehn, La chimie supramoléculaire, in La Recherche, 127 (novembre 1961); Id., Nobel lecture, dicembre 1987; P. Scrimin, Chimica oggi, Milano 1989; J.-M. Lehn, Supramolecular chemistry, in Science, 260 (giugno 1993); D. Dagani, Linked-ring molecules wow chemists with their elegance and complexity, in Chemical Engineering News, 29 agosto 1994.