Dynamiczna Chemia Kowalencyjna

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii

Dynamiczna Chemia Kowalencyjna (DCK) – strategia syntezy organicznej stosowana w konstrukcji skomplikowanych chemicznych architektur i związków wielkocząsteczkowych z odrębnych bloków budulcowych[1]. Termin Dynamiczna Chemia Kowalencyjna często mylnie utożsamiany jest z Dynamiczną Chemią Kombinatoryczną, w której zawiera się również Dynamiczna Chemia Niekowalencyjna (Supramolekularna)[2].

Biblioteki związków utworzonych metodami DCK są nazywane Dynamicznymi Bibliotekami Kombinatorycznymi[2]. Historycznie, DCK odgrywała kluczową rolę w rozwoju analizy konformacyjnej, poprzez umożliwienie izomerom konfiguracyjnym pozostanie w równowadze z kwasami lub zasadami[1].

Założenia[1][edytuj | edytuj kod]

Głównym założeniem Dynamicznej Chemii Kowalencyjnej jest tworzenie się odwracalnych wiązań w warunkach równowagi termodynamicznej. Dzięki temu, że produkty reakcji tworzą się na skutek kontroli termodynamicznej zamiast kinetycznej, ich stężenie w mieszaninie reakcyjnej zależy jedynie od względnej trwałości ostatecznego produktu. Co więcej, poprzez kontrolę termodynamiczną można otrzymać związki, których synteza kontrolowana kinetycznie jest niemożliwa. Położenie stanu równowagi można kontrolować poprzez parametry zewnętrzne, takie jak:

Stężenie pożądanego produktu można również kontrolować poprzez efekty steryczne lub elektrostatyczne, wywołane przez grupy funkcyjne i heteroatomy występujące w związku, nadające mu odpowiednie właściwości i stabilizujące docelowy związek. Przesunięcie równowagi termodynamicznej można również osiągnąć wprowadzając do reakcji dodatkową porcję substratu lub odbierając tworzący się produkt.

Wiązania chemiczne[1][edytuj | edytuj kod]

Można wyróżnić dwa główne mechanizmy tworzenia się wiązań chemicznych w DCK:

1) reakcje wymiany pomiędzy jednym reagentem a drugim, na skutek czego powstaje identyczne wiązanie jak wyjściowe (np. tworzenie się mostków disulfidowych[3])

2) tworzenie się nowych, dynamicznych wiązań poprzez kondensację (np. kondensacja imin)[4] lub reakcje cykloaddycji (np. reakcja Dielsa-Aldera)[5].

Jako wiązania odwracalne najczęściej stosowane w Dynamicznej Chemii Kowalencyjnej można wymienić:

Ważnymi kryteriami w Dynamicznej Chemii Kombinatorycznej podczas wyboru reakcji są: krótki czas tworzenia się wiązań, łagodne warunki reakcji oraz odwracalność tworzącego się wiązania, z jednoczesną łatwością w izolacji pożądanego produktu[2].

Zastosowania[10][edytuj | edytuj kod]

Dzięki możliwości sterowania układem poprzez warunki zewnętrzne, Dynamiczna Chemia Kowalencyjna znajduje zastosowanie w tworzeniu inteligentnych, nowoczesnych, responsywnych materiałów. Można do nich zaliczyć złożone architektury molekularne, m.in. zamknięte, połączone niekowalencyjnie makromolekuły (między innymi katenany[4] i rotaksany[7]), molekularne kontenery i kapsuły[10], a także COFy (Covalent Organic Frameworks). Dotychczas najdłużej stosowana oraz najlepiej zbadana jest synteza polimerów, w której DCK odgrywa znaczącą rolę[1]. W wyniku polimeryzacji z zastosowaniem metod DCK można otrzymać bardziej złożone, a zarazem stabilne termodynamicznie struktury (materiały) względem klasycznych metod. Ponieważ w reakcjach odwracalnych, na których bazuje DCK, tworzą się związki idealnie dopasowane do receptora lub potencjalnego katalizatora, DCK znajduje zastosowanie podczas odkrywania leków[2], systemów selektywnego ich uwalniania wewnątrz organizmu[3], poszukiwania ligandów dla biomolekuł oraz w projektowaniu katalizatorów[11]. DCK stosuje się także do konstrukcji sensorów, molekularnych rotorów lub samonaprawiających się materiałów[2].

Przypisy[edytuj | edytuj kod]

  1. ↑ a b c d e S.J. Rowan i inni, Dynamic covalent chemistry, „Angew. Chem. Int. Ed., 2002, 41, 898 – 952”, 15 marca 2002.
  2. ↑ a b c d e Y. Jin i inni, Recent advances in dynamic covalent chemistry, „Chem. Soc. Rev., 2013, 42, 6634-6654”, 10 stycznia 2013.
  3. ↑ a b c d Q. Zhu i inni, Dynamic covalent chemistry-regulated stimuli-activatable drug delivery systems for improved cancer therapy, „Chinese Chemical Letters, 2020, 31, 1051–1059”, 3 grudnia 2019.
  4. ↑ a b K. Caprice i inni, Imine-based [2]catenanes in water, „Chem. Sci., 2018, 9, 1317–1322”, 18 grudnia 2017.
  5. ↑ R.C. Boutelle, B.H. Northrop, Substituent effects on the reversibility of furan-maleimide cycloadditions, „J. Org. Chem., 2011, 76, 7994–8002”, 7 października 2011.
  6. ↑ R. Cacciapaglia, S. Di Stefano, L. Mandolini, Metathesis Reaction of Formaldehyde Acetals: An Easy Entry into the Dynamic Covalent Chemistry of Cyclophane Formation, „J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 39, 13666–13671”, 8 sierpnia 2005.
  7. ↑ a b c d e O.A. Bozdemir i inni, Dynamic covalent templated-synthesis of [c2]daisy chains, „Chem. Commun., 2012, 48, 10401–10403”, 19 sierpnia 2012.
  8. ↑ R. Nishiyabu i inni, Boronic acid building blocks: tools for self assembly, „Chem. Commun., 2011, 47, 1124–1150”, 3 listopada 2010.
  9. ↑ J. Kim i inni, Reversible Morphological Transformation between PolymerNanocapsules and Thin Films through Dynamic Covalent Self-Assembly, „Angew. Chem. Int. Ed.2015,54, 2693 –2697”, 15 stycznia 2015.
  10. ↑ a b c H. Erguven, E.N. Keyzer, B.A. Arndtsen, A Versatile Approach to Dynamic Amide Bond Formation with Imine Nucleophiles, „Chem. Eur. J., 2020, 26, 5709 – 5716”, 10 marca 2020.
  11. ↑ H.Y. Au-Yeung, Y. Deng, Distinctive features and challenges in catenane chemistry, „Chem. Sci., 2022, 13, 3315-3334”, 7 lutego 2022.
Źródło: „https://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Dynamiczna_Chemia_Kowalencyjna&oldid=70360278”