En química , un ensamblaje supramolecular es una estructura que consta 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 en forma de 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, [3] y su ámbito de estudio se conoce como química supramolecular . Las dimensiones de los conjuntos supramoleculares pueden variar desde nanómetros hasta micrómetros. Por lo tanto, permiten el acceso a objetos a nanoescala utilizando un enfoque ascendente en muchos menos pasos que una sola molécula de dimensiones similares.
El proceso por el cual se forma un ensamblaje supramolecular se llama autoensamblaje molecular . Algunos intentan distinguir el autoensamblaje como el proceso mediante el cual las moléculas individuales forman el agregado definido. La autoorganización , entonces, es el proceso mediante el cual esos agregados crean estructuras de orden superior. Esto puede resultar útil cuando se habla de cristales líquidos y copolímeros en bloque .
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 muy conocida en su síntesis de varios éteres corona utilizando cationes metálicos como plantilla. Por ejemplo, el 18-corona-6 coordina fuertemente el ion potasio, por lo que se puede preparar mediante la síntesis de éter de Williamson utilizando ion potasio como metal plantilla.
Los iones metálicos se utilizan frecuentemente para el ensamblaje de grandes estructuras supramoleculares. Las estructuras metalorgánicas (MOF) son un ejemplo. [4] Los MOF son estructuras infinitas donde el metal sirve como nodos para conectar ligandos orgánicos. Los SCC son sistemas discretos en los que metales y ligandos seleccionados se autoensamblan para formar complejos supramoleculares finitos; [5] normalmente el tamaño y la estructura del complejo formado pueden determinarse mediante la angularidad de los enlaces metal-ligando elegidos.
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El ensamblaje supramolecular asistido por enlaces de hidrógeno es el proceso de ensamblar pequeñas moléculas orgánicas para formar grandes estructuras supramoleculares mediante interacciones de enlaces de hidrógeno no covalentes. La direccionalidad, reversibilidad y fuerte naturaleza de enlace del enlace de hidrógeno lo convierten en un enfoque atractivo y útil en el ensamblaje supramolecular. Grupos funcionales como ácidos carboxílicos , ureas , aminas y 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 grandes biomoléculas. La doble hélice del ADN se forma mediante 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 ADN dúplex"). 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 lámina β se forman mediante enlaces de hidrógeno entre el hidrógeno de la amida y el oxígeno del carbonilo de la amida (Figura "Enlaces de hidrógeno en (b) estructura de la lámina 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 . [6] [7] Los enlaces de hidrógeno se encuentran entre los sintones más utilizados en el enfoque ascendente para diseñar interacciones moleculares en cristales. En la figura "Patrones representativos de enlaces de hidrógeno en el ensamblaje supramolecular" se muestran patrones representativos de enlaces de hidrógeno para el ensamblaje supramolecular. [8] 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. [9]
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. [10] Una ventaja de este enfoque supramolecular es que las nanofibras se degradarán nuevamente en moléculas peptídicas 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 membranas vesiculares, los conjuntos cilíndricos porosos median el transporte de protones a través de la membrana. [11] El autoensamblaje de dendrones genera matrices de nanocables. [12] Los complejos donador-aceptor de electrones forman el núcleo de los conjuntos supramoleculares cilíndricos, que además 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.
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