Лекционный курс «Физические основы измерений и эталоны» Раздел : ИЗМЕРЕНИЯ В НАНОТЕХНОЛОГИЯХ. Тема НАНОТЕХНОЛОГИИ СУПРАМОЛЕКУЛЯРНОЙ ХИМИИ СУПРАМОЛЕКУЛЯРНОЙ. - презентация

1 Лекционный курс «Физические основы измерений и эталоны» Раздел : ИЗМЕРЕНИЯ В НАНОТЕХНОЛОГИЯХ. Тема НАНОТЕХНОЛОГИИ СУПРАМОЛЕКУЛЯРНОЙ ХИМИИ СУПРАМОЛЕКУЛЯРНОЙ ХИМИИ ( САМООРГАНИЗАЦИИ МОЛЕКУЛ ). ( САМООРГАНИЗАЦИИ МОЛЕКУЛ ).

2 НЕОГРАНИЧЕННЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ НАНОТЕХНОЛОГИЙ МЕХАНОСИНТЕЗА ? ? ? ? ? ? ?

3 Из лекции академика Ю.Д. Третьякова для Научно-образовательного Центра по нанотехнологиям МГУ (

4 Из лекции академика Ю.Д. Третьякова для Научно-образовательного Центра по нанотехнологиям МГУ (

5 Супрамолекулярная ( надмолекулярная ) Химия Химия нековалентных взаимодействий НАНОТЕХНОЛОГИИ -2 «СМХ» САМООРГАНИЗАЦИЯ молекул

6

7 «ОБЫЧНАЯ» ХИМИЯ

8 «Сильные» химические связи Возникают, когда происходит обмен (обобществление) валентных электронов атомов Имеют энергии в несколько сотен кДж/моль «ОБЫЧНАЯ» ХИМИЯ Ковалентные взаимодействия: Ковалентные взаимодействия в молекуле метана

9 СУПРАМОЛЕКУЛЯРНАЯ ХИМИЯ ( «СМХ» )

10 «Слабые» химические связи Нековалентные взаимодействия: Водородные связи Водородные связи Электростатические (ионные и ионно-дипольные) связи Электростатические (ионные и ионно-дипольные) связи Гидрофобные связи Гидрофобные связи Взаимодействия ван-дер-Ваальса Взаимодействия ван-дер-Ваальса - взаимодействия - взаимодействия Имеют энергии в несколько единиц и десядков кДж/моль «СМХ»

11 Водородная связь играет важнейшую роль в живой природе

12 Водородные связи в гидратах природных газов

13 Геккону помогают взбираться на вертикальную стеклянную поверхность Ван-дер-ваальсовы силы, возникающие между щетинками на его лапах и стеклянной поверхностью

14 стэкинг стэкинг

15 «ОБЫЧНАЯ» ХИМИЯ СИЛЬНЫХ КОВАЛЕНТНЫХ СВЯЗЕЙ Ограниченный набор базовых «строительных элементов» Многообразие молекулярных «наноизделий»

16 СУПРАМОЛЕКУЛЯРНАЯ ХИМИЯ СЛАБЫХ НЕКОВАЛЕНТНЫХ СВЯЗЕЙ Многообразие базовых «строительных элементов» «Вселенная» супрамолекулярных «наноизделий»

17 НАНОТЕХНОЛОГИИ - 2 СУПРАМОЛЕКУЛЯРНАЯ ХИМИЯ (СМХ) САМООРГАНИЗАЦИЯ

18 ПУТЕМ МОЛЕКУЛЯРНОГО РАСПОЗНАВАНИЯ СУПРАМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СТРУКТУРЫ « ХОЗЯИН - ГОСТЬ »

19 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»..

20 Самосборка структур «хозяин – гость» путем молекулярного распознавания X Y Ковалентная связь Молекула - хозяин Молекулы - гости Формирование молекулы - хозяина Самосборка супрамолекулярных структур Нековалентные связи

21 Пример компактной структуры « хозяин – гость » Хозяин. Молекула - «прищепка» Гость. Молекула C6H6O2

22 Нобелевская премия по химии 1987 года за исследования молекулярного распознавания «хозяин – гость» : * Дональд Крам (Donald J. Cram, ) - США * Жан Лен (Jean-Marie Lehn, 1939-) - Франция * Чарльз Педерсен (Charles J. Pedersen, ) - США Термин «супрамолекулярная химия» впервые использовал Ж.М. Лен в 1978 году

23 « НОБЕЛЕВСКИЕ МОЛЕКУЛЫ » ( Педерсен ) Краун – эфиры (crown-ethers)

24 « НОБЕЛЕВСКИЕ МОЛЕКУЛЫ » ( Лен ) Криптанды (cryptands) [2.2.2]-криптанд, образующий комплекс «хозяин-гость» с ионом Na+.

25 « НОБЕЛЕВСКИЕ МОЛЕКУЛЫ » ( Крам ) Сферанды и Кавитанды «ХОЗЯИН» - сферанд «ХОЗЯИН» - кавитанд

26 ПРИМЕРЫ НАНООБЪЕКТОВ И НАНОСТРУТУР, ПОЛУЧАЕМЫХ МЕТОДАМИ СМХ - САМООРГАНИЗАЦИИ

27 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;

28 НАНОБЪЕКТЫ С УПРАВЛЯЕМОЙ СТРУКТУРОЙ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ – в системах обработки информации, датчиках и т.п.

29 Молекулярный переключатель ЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ 0 1 Переключение – при изменении кислотно – щелочного баланса среды СИСТЕМЫ «ХОЗЯИН – ГОСТЬ»

30 Молекулярный разъем Включение – выключение передачи энергии фотовозбуждения – при изменении кислотно – щелочного баланса среды « Розетка »« Вилка » СИСТЕМЫ «ХОЗЯИН – ГОСТЬ»

31 1 m САМООРГАНИЗАЦИЯ ГЕЛЕВЫХ СТРУКТУР ИЗ «НАНОВОЛОКОН» Самооганизация «нановолокна» Самооганизация геля

32 20nm Наноупаковка лекарств для разрушения опухолей Под действием ИК света оболочка наночастиц разрушается

33 Нанотерапия злокачественных опухолей мышей Направление луча лазера % выживания Дни Нанотерапия Контроль

34 «…. Тысячи нанороботов пройдут по нефтяному пласту….»

35 Гипотетические продукты нанотехнологий механосинтеза

36 Реальные продукты супрамолекулярных нанотехнологий

37 «Нанороботы» в порах пласта Более «нанороботов»

38 КОНЕЦ ЛЕКЦИИ