WSTĘP

Chemia supramolekularna jest dziedziną traktującą o oddziaływaniach międzycząsteczkowych, kompleksach i trwałych asocjatach dwóch lub więcej cząsteczek. Jest to chemia „ponadcząsteczkowa”1, wychodząca ponad chemię molekularną skupioną na trwałych wiązaniach chemicznych. 

Jednym z wielu zagadnień, jakimi zajmuje się chemia supramolekularna jest badanie wzajemnego oddziaływania cząsteczek, np. rozpoznanie substratu przez enzym, czy wzajemne relacje cząsteczek z jonami metali. Siły, które powodują asocjację składników są różnego typu: elektrostatyczne, wiązania wodorowe, oddziaływania dyspersyjne, oddziaływania donorowo – akceptorowe.

Oddziaływania pomiędzy cząsteczkami są bardzo ważne dla wielu procesów biologicznych, takich jak wiązanie substratów przez enzymy, powstawanie kompleksów białkowych czy odczytywanie kodu genetycznego. Aby takie procesy mogły zajść, niezbędne jest spełnienie kilku warunków. Podstawowym jest, by struktury przestrzenne obu cząsteczek - kompleksującej i kompleksowanej - odpowiadały sobie w sposób umożliwiający związanie cząsteczki kompleksowanej przez odpowiednie atomy cząsteczki kompleksującej.  W wyniku takiego, ściśle specyficznego oddziaływania powstaje molekuła o innych właściwościach fizykochemicznych, różnych od właściwości zarówno cząsteczki kompleksujacej ("gospodarza")jak i kompleksowanej ("gościa").

 Selektywne rozpoznawanie cząsteczki gospodarza i gościa, prowadzące do powstania kompleksu

Poznawanie istoty, mechanizmów i konsekwencji tego typu oddziaływań stanowi treść chemii supramolekularnej. 

Przełom w badaniach modelowych układów o charakterze enzymów, receptorów czy jonoforów związany jest z opublikowaniem prac C. J. Pedersena, J-M Lehna oraz D. J. Crama. 
Pedersen2 otrzymał nową grupę związków, które nazwał eterami koronowymi, podczas gdy Lehn3 opisał badania nad kryptandami – związkami o szczególnych właściwościach przestrzennych i kompleksowych. Cram4 i jego współpracownicy syntezowali natomiast modelowe sferandy, zdolne do selektywnego rozpoznawania małych cząsteczek lub jonów.

Tych trzech noblistów z 1987 roku, których badania dotyczyły otrzymywania i zastosowania związków wchodzących niejako z istoty swojej struktury w oddziaływania prowadzące do związków supramolekularnych, możemy uznać za ojców chemii supramolekularnej.

Jednym z wielu zagadnień, jakimi zajmuje się chemia supramolekularna jest badanie oddziaływań cząsteczek z jonami metali. Charakterystyka takiego oddziaływania może być interesująca z poznawczego punktu widzenia, bowiem pozwala pełniej zrozumieć funkcjonowanie organizmów żywych. Wiele procesów biochemicznych odbywa się z wykorzystaniem aktywnego transportu, zaś najważniejszym składnikiem w procesach transportu aktywnego (a także ułatwionej dyfuzji) są nośniki - cząsteczki jonoforowe. Na przykład, wszelkie procesy pobudzania nerwowo – mięśniowego związane są  z równowagą sodowo – potasowo – wapniową w organizmie. Jonofory są to związki makrocykliczne lub acykliczne o specyficznej budowie, umożliwiającej tworzenie struktur kompleksowych. W układzie gospodarz – gość są pierwszym czynnikiem decydującym o utworzeniu adduktu. Związki te tworzą kompleksy z jonami metali oraz umożliwiają transfer hydrofilowych jonów przez membrany. Odwzorowanie takich oddziaływań in vitro może znaleźć zastosowanie między innymi przy konstrukcji odpowiednich czujników, np. elektrod jonoselektywnych.
 

Historyczny początek naukowego rozwoju chemii organicznej datuje się na rok 1828, kiedy to dokonana  przez Wöhlera synteza organicznego mocznika z nieorganicznych substratów spowodowała zarzucenie obowiązującej do tego czasu, teorii witalistycznej - teorii zakładającej, że do uzyskania substancji organicznych konieczna jest specjalna, metafizyczna siła życiowa (vis vitalis). Jak się później okazało, jak w każdej teorii tkwiło ziarno prawdy - dla wielu reakcji organicznych żywy organizm jest niemal konieczny, ale nie chodzi tu już o jakąś tajemna siłę życiową, a o obecność biokatalizatorów - enzymów, bez których nie jesteśmy w stanie przeprowadzić wielu reakcji zachodzących w żywych organizmach 

Wszystkie związki organiczne można wywieść od najprostszych układów, czyli węglowodorów - związków zbudowanych jedynie z atomów węgla i wodoru, a występujących w złożach ropy naftowej. Ze względu na ich podstawowe właściwości chemiczne, związane z budową cząsteczki i rozmieszczeniem elektronów można podzielić je na związki alifatyczne i aromatyczne. Pamiętać należy jednak, że podział ten (tak jak wiele innych, o czym nie raz przypominam) jest sztuczny i ma służyć łatwiejszemu usystematyzowaniu materiału a nie być informacją samą w sobie. Podział na związki aromatyczne i alifatyczne jest o tyle sztuczny, że dotyczy wyłącznie bardzo prostych związków, natomiast wiele związków naturalnych, o nieco większych cząsteczkach ma zarówno część pozwalającą zaliczyć je do związków aromatycznych, jak i tę, która pozwala zaliczyć je do alifatycznych. Na przykład alkohol propylowy jest związkiem alifatycznym, zaś anilina związkiem aromatycznym. Natomiast 3-(p-aminofenylo)-propanol jest ...? No właśnie. 

Jeśli ważniejsza dla nas będzie z jakiś powodów jego grupa alkoholowa - zaliczymy go do alkoholi, czyli związków alifatycznych. Jeśli jednak będziemy prowadzili reakcje w obrębie pierścienia benzenowego - uznamy związek za aromatyczny. Widać wyraźnie na tym prostym przykładzie, że podział na związki aromatyczne i alifatyczne, poza dydaktyką nie ma większego sensu i raczej zachowanie się poszczególnych elementów cząsteczki w konkretnej reakcji należałoby dzielić na aromatyczne i alifatyczne a nie związki jako takie.