Супрамолекулярные системы – это молекулярные ансамбли (или большие молекулы), которые, как целое, обладают специфическими свойствами, отличными от окружающей среды, и внутреннее строение и форма которых определяется нековалентными взаимодействиями атомов.

Это отличает супрамолекулярные системы от молекулярных систем, в которых строение определяется в основном ковалентными взаимодействиями.

Примером простейших супрамолекулярных систем являются молекулярные комплексы из двух или нескольких молекул, удерживаемых в единой системе водородными связями, ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями, донорно-акцепторными взаимодействиями, π-π взаимодействиями. Это газовые гидраты, комплексы циклодекстрина, белки и т.д.

Как правило, нековалентные взаимодействия слабее ковалентных, поэтому даже при слабом внешнем воздействии на супрамолекулярную систему последняя может обратимо изменять свое строение за счет изменения геометрии взаимного расположения атомов, входящих в супрамолекулярную систему, и, соответственно, изменять характеристики всей системы.

Особенностью супрамолекулярных систем является способность формировать различные архитектуры при неизменном химическом составе системы. Можно говорить о полиморфизме супрамолекулярных систем.

Поскольку супрамолекулярные системы – довольно устойчивые системы, они могут образовывать ансамбли – супрамолекулярные кристаллы, супрамолекулярные полимеры и т.д.

Возможность управлять строением супрамолекулярной системы при внешнем воздействии (например, при возбуждении светом) открывает возможность управления структурой получаемых супрамолекулярных кристаллов и полимеров и их свойствами.

В наномире, который мы определяем масштабом элементов 1–100 нм, супрамолекулярные системы, как правило, имеющие масштаб 1–10 нм, являются самыми малыми элементами этого мира.

«Вглядываясь» в структуру окружающих материалов, мы видим, что материалы живой природы и многие искусственно созданные материалы имеют многомасштабное иерархическое строение, и первым уровнем организации многомасштабного материала является супрамолекулярный уровень.

Все материалы живой природы имеют в своем составе супрамолекулярные системы как первые стабильные надмолекулярные образования, с которых начинается формирование макрообъекта. Можно говорить о том, что именно на супрамолекулярном уровне рождаются многие свойства материалов – оптические, хемо- и биосенсорные, механические. Именно при образовании супрамолекулярных систем возникает большинство свойств материалов, и дальнейшее увеличение масштаба материала только интенсифицирует возникшее свойство (характеристику). Таким образом, супрамолекулярные системы – это место, где рождаются свойства материалов.

Автор: главный редактор, академик РАН М.В. АЛФИМОВ.

Источник: журнал «Российские нанотехнологии» № 3–4 2013 год.