Файл в формате PPT (6,7 МB)

Лекционный курс
«Физические основы
измерений и эталоны»
Раздел : ИЗМЕРЕНИЯ В НАНОТЕХНОЛОГИЯХ.
Тема НАНОТЕХНОЛОГИИ
СУПРАМОЛЕКУЛЯРНОЙ ХИМИИ
( САМООРГАНИЗАЦИИ МОЛЕКУЛ ).
НЕОГРАНИЧЕННЫЕ
ВОЗМОЖНОСТИ
НАНОТЕХНОЛОГИЙ
МЕХАНОСИНТЕЗА
???????
Из лекции академика Ю.Д. Третьякова для Научно-образовательного Центра
по нанотехнологиям МГУ (http://nano.msu.ru)
Из лекции академика Ю.Д. Третьякова для Научно-образовательного Центра
по нанотехнологиям МГУ (http://nano.msu.ru)
НАНОТЕХНОЛОГИИ -2
Супрамолекулярная
( надмолекулярная )
«СМХ»
Химия
Химия нековалентных
взаимодействий
САМООРГАНИЗАЦИЯ молекул
«ОБЫЧНАЯ»
ХИМИЯ
«ОБЫЧНАЯ» ХИМИЯ
«Сильные» химические связи
Ковалентные взаимодействия:
Возникают, когда
происходит обмен
(обобществление)
валентных электронов
атомов
Имеют энергии в
несколько сотен
кДж/моль
Ковалентные взаимодействия
в молекуле метана
СУПРАМОЛЕКУЛЯРНАЯ
ХИМИЯ
( «СМХ» )
«СМХ»
«Слабые»
химические связи
Нековалентные взаимодействия:

Водородные связи
Электростатические (ионные и ионно-дипольные) связи
Гидрофобные “связи”
Взаимодействия ван-дер-Ваальса

 - взаимодействия



Имеют энергии в несколько
кДж/моль
единиц и десядков
Водородная связь играет важнейшую роль
в живой природе
Водородные связи
в гидратах
природных газов
Геккону помогают взбираться на вертикальную стеклянную
поверхность Ван-дер-ваальсовы силы, возникающие между
щетинками на его лапах и стеклянной поверхностью
- стэкинг
«ОБЫЧНАЯ» ХИМИЯ
СИЛЬНЫХ КОВАЛЕНТНЫХ СВЯЗЕЙ
Ограниченный набор
базовых
«строительных элементов»
Многообразие молекулярных
«наноизделий»
СУПРАМОЛЕКУЛЯРНАЯ ХИМИЯ
СЛАБЫХ НЕКОВАЛЕНТНЫХ СВЯЗЕЙ
Многообразие базовых
«строительных элементов»
«Вселенная»
супрамолекулярных
«наноизделий»
НАНОТЕХНОЛОГИИ - 2
СУПРАМОЛЕКУЛЯРНАЯ ХИМИЯ (СМХ)
САМООРГАНИЗАЦИЯ
САМООРГАНИЗАЦИЯ
ПУТЕМ
МОЛЕКУЛЯРНОГО РАСПОЗНАВАНИЯ
СУПРАМОЛЕКУЛЯРНЫЕ
СТРУКТУРЫ
« ХОЗЯИН - ГОСТЬ »
В 1894 году Эмиль Фишер (Emil Fischer) высказал предположение,
что форма некоторых молекул (энзимов) является определяющим
фактором для нековалентных взаимодействий. Взаимодействия
происходят, если формы молекул «подходят» друг к другу – так
же как к замку подходит только определенный ключ.
Впоследствии, образующиеся супрамолекулярные структуры
стали описывать терминами «замок – ключ» и «хозяин – гость».
При образовании подобных структур происходит
молекулярное распознавание «хозяином» определенных
молекул среди множества разнообразных «гостей»..
Самосборка структур «хозяин – гость»
путем молекулярного распознавания
Формирование
молекулы - хозяина
X
Y
Самосборка
супрамолекулярных
структур
Ковалентная
связь
Нековалентные
связи
Молекула
- хозяин
Молекулы гости
Пример компактной структуры
« хозяин – гость »
Хозяин.
Молекула «прищепка»
Гость.
Молекула
C6H6O2
Нобелевская премия по химии 1987 года за
исследования молекулярного распознавания
«хозяин – гость» :
* Дональд Крам (Donald J. Cram, 1919-2001) - США
* Жан Лен (Jean-Marie Lehn, 1939-) - Франция
* Чарльз Педерсен (Charles J. Pedersen, 1904-1989) - США
Термин «супрамолекулярная химия»
впервые использовал Ж.М. Лен
в 1978 году
« НОБЕЛЕВСКИЕ МОЛЕКУЛЫ »
( Педерсен )
Краун – эфиры (crown-ethers)
« НОБЕЛЕВСКИЕ МОЛЕКУЛЫ »
( Лен )
Криптанды (cryptands)
[2.2.2]-криптанд, образующий комплекс
«хозяин-гость» с ионом Na+ .
« НОБЕЛЕВСКИЕ МОЛЕКУЛЫ »
( Крам )
Сферанды
и
Кавитанды
«ХОЗЯИН» - сферанд
«ХОЗЯИН» - кавитанд
ПРИМЕРЫ
НАНООБЪЕКТОВ
И НАНОСТРУТУР,
ПОЛУЧАЕМЫХ
МЕТОДАМИ
СМХ - САМООРГАНИЗАЦИИ
Самосборка топологически сложного нанообъекта –
«молекулярных колец Борромео»
Молекулярные «детали»: 6 ионов переходного металла Zn2+
6 молекул тридентантного лиганда (2,6-diformylpyridine);
6 молекул бидентантного лиганда диамина;
НАНОБЪЕКТЫ С УПРАВЛЯЕМОЙ СТРУКТУРОЙ
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ – в системах обработки информации, датчиках и т.п.
СИСТЕМЫ «ХОЗЯИН – ГОСТЬ»
Молекулярный переключатель
ЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ
01
Переключение – при
изменении
кислотно – щелочного
баланса среды
СИСТЕМЫ «ХОЗЯИН – ГОСТЬ»
Молекулярный разъем
« Розетка »
« Вилка »
Включение – выключение передачи энергии фотовозбуждения
– при изменении кислотно – щелочного баланса среды
САМООРГАНИЗАЦИЯ ГЕЛЕВЫХ СТРУКТУР
ИЗ «НАНОВОЛОКОН»
Самооганизация
геля
Самооганизация
«нановолокна»
1 mm
Наноупаковка лекарств
для разрушения опухолей
Под действием ИК света
оболочка
наночастиц разрушается
20nm
Нанотерапия
злокачественных
опухолей мышей
Контроль
120
100
80
Control
60
Treatment
Sham
40
20
Time (days)
Направление
луча лазера
Дни
28
25
22
19
16
13
10
7
4
0
1
% Surviving
% выживания
Нанотерапия
«…. Тысячи нанороботов
пройдут
по нефтяному пласту….»
Гипотетические
продукты
нанотехнологий
механосинтеза
Реальные
продукты
супрамолекулярных
нанотехнологий
«Нанороботы»
в
порах пласта
Более 100 000 000 «нанороботов»
КОНЕЦ
ЛЕКЦИИ