27.03.2021r. byliśmy uczestnikami kolejnego wykładu chemicznego prowadzonego w ramach zajęć Wszechnicy Chemicznej Wydziału Chemii Uniwersytetu Wrocławskiego. Wykład „Cząsteczki też mogą być piękne” przeprowadził dr hab. Janusz Gregoliński na platformie Skype. Można było dowiedzieć się dużo ciekawych rzeczy o cząsteczkach makrocyklicznych.

Chemia makrocykliczna, jak sama nazwa wskazuje, zajmuje się makrocyklami. Wywodzi się od chemii supramolekularnej, która została odkryta w 1897 roku przez trzech profesorów. Dostali oni Nagrodę Nobla za rozwinięcie i zastosowanie cząsteczek o szczególnie selektywnych oddziaływaniach zależnych od struktury. W 2016 roku trzech kolejnych profesorów otrzymało kolejną Nagrodę Nobla w tej dziedzinie za zaprojektowanie i syntezę maszyn molekularnych.

Według IUPAC (Unii Chemii Czystej i Stosowanej) makrocykl jest określany jako cykliczna makrocząsteczka lub makrocząsteczkowa cykliczna część cząsteczki.

Chemicy uważają za makrocykl dowolną cząsteczkę zawierającą pierścień (cząsteczki pierścieniowe w postaci kółek składające się z kilkunastu lub więcej atomów). Natomiast chemicy koordynacyjni czy nieorganiczni uważają za makrocykl cząsteczkę cykliczną, która posiada 3 lub więcej potencjalnych atomów donorowych (czyli takich, które mogą koordynować w jony metali). Taki pierścień składa się z co najmniej 9 atomów. Przykładami są eter koronowy, porfiryna, kryptand, kaliksareny, cyklodekstryna.

Dlaczego makrocykle i dlaczego azotowe?
W przyrodzie wiele ważnych układów biologicznych zawiera liganty makrocykliczne. Znamy takie jak: chlorofil, hemoglobina czy witamina B12. W tych systemach atomy metali utrzymywane są bardzo mocno we wnęce takiego makrocyklu, także funkcja biologiczna tych istotnych cząsteczek biologicznych nie jest osłabiana na przykład przez to, że atom metalu może z takiego makrocyklu wypaść. Takie cząsteczki makrocykliczne mają bardzo dobrze zdefiniowaną geometrię, co przyczynia się do uproszczenia projektowania bardziej złożonych układów molekularnych. Makrocykle azotowe mogą koordynować- wiązać pojedynczy jon metalu. Większe mogą wiązać więcej jonów metali. Duże makrocykle mogą nam służyć jako układy do badań oddziaływań magnetycznych kooperatywnej katalizy czy naśladowania metaloenzymów. Można otrzymać makrocykle enancjomerycznie czyste, a z nich kompleksy chiralne.

Cząsteczka makrocyklu nazywana jest gospodarzem dlatego, że w dziurze, którą ma na środku, może gościć cząsteczkę - gościa, którym mogą być na przykład kationy metali albo (jeśli mają odpowiedni rozmiar) różnego rodzaju cząsteczki organiczne.

Dlaczego makrocykle są ważne?
Każdy z takich makrocykli można odpowiednio dostroić tak, żeby osiągnąć pożądany cel. Może być to wiązanie jonu o ściśle określonym rozmiarze - tzw. ekstrakcja selektywna. Można także osiągnąć stabilizację określonego stopnia utlenienia (na przykład za pomocą dostrojenia makrocyklu wiązać Fe2+ albo Fe3+). W zależności od tego jak makrocykl wygląda, możemy polepszyć zdolności katalityczne.

24.04.2021r. zapraszamy na ostatni już w tym roku szkolnym wykład z cyklu spotkań Wszechnicy Chemicznej. Zainteresowanych kierujemy do p. Anny Pajdak, która udzieli Wam więcej informacji. Do zobaczenia :)

Tekst i foto: Kinga Czyżewska, Patryk Twardak, kl 2a profil biologiczno-chemiczny