Chimie supramoléculaire - Définition

Voie fondamentale et voie appliquée

Deux types d'approches sont envisagées dans cette branche de la chimie. L'une, plutôt observatrice, tente d'expliquer, de comprendre, et de contrôler en partie des autoassemblages observés, l'autre, plutôt orientée vers la synthèse, tente de concevoir des briques moléculaires données pour obtenir un édifice donné. Certaines synthèses, en particulier celles de ligands spécifiques d'un métal, sont obtenues en assemblant au préalable les synthons et le métal, puis en ajoutant les réactifs permettant la synthèse du ligand proprement dit (effet dit "template" utilisé dans la synthèse des cryptands ou des éthers couronnes par exemple).
L'effet "template" (ou de matrice) facilite en fin de compte la réaction tant sur le point de vue thermodynamique (le système récepteur/métal qui en résulte en fin de synthèse déplace l'équilibre de la réaction par sa grande stabilité) que sur le point de vue cinétique (la présence du métal rigidifie et contraint le système au niveau moléculaire de manière à rapprocher les extrémités qui sont censées réagir entre elles).

Applications

Science des matériaux

La chimie supramoléculaire et les processus d'auto-assemblage moléculaires en particulier sont appliqués aux développement de nouveaux matériaux. De nombreuses structures peuvent être obtenues facilement par synthèse ascendante (ou bottom-up) en composant à partir de petites molécules qui nécessitent peu d'énergie et d'étapes à synthétiser. Ainsi la plupart des approches ascendantes en nanotechnologie sont basées sur la chimie supramoléculaire.

Catalyse

Une des applications majeures de la chimie supramoléculaire est la conception et la compréhension de catalyseurs et de la catalyse. Les interactions non covalentes sont importantes en catalyse, elles permettent aux réactifs de se lier dans des conformations appropriées à la réaction et abaissent l'énergie de l'état de transition de la réaction. Ainsi, la catalyse supramoléculaire influe sur le rendement et la sélectivité stéréochimique. En conséquence, un champ d´application est le développement d´enzymes artificielles et de réacteurs moléculaires.

Médecine

La chimie supramoléculaire est aussi importante dans le développement de nouvelles thérapies médicales par la compréhension des interactions entre le principe actif et le système biologique. Le mode d'administration a aussi réalisé des progrès notables dus aux recherches en chimie supramoléculaire sur l'encapsulation et les mécanismes de libération ciblée. En outre, des systèmes supramoléculaires ont été conçus pour perturber les interactions de protéine-protéine qui sont importantes pour la fonction cellulaire.

Stockage d'information et calcul

La chimie supramoléculaire a été employée pour démontrer les possibilités de calcul numérique à l'échelle moléculaire. Dans de nombreux cas, des signaux photoniques ou chimiques ont été utilisés dans ces composants, mais l'interface électrique de ces unités a été également réalisée par des dispositifs supramoléculaires de transduction de signaux. Le stockage d'information a été rendu possible par l'utilisation de commutateurs moléculaires avec des unités photochromiques et photoisomérisables, par des unités électrochromiques et des interrupteurs rédox, et même par mouvement moléculaire. Des fonctions logiques moléculaires synthétiques ont été démontrées à un niveau conceptuel. Même des calculs complets ont été réalisés par des ordinateurs à ADN semi-synthétiques.

Chimie verte

La recherche en chimie supramoléculaire a aussi des applications en chimie verte où des processus à l'état solide dirigés par liaisons non-covalentes ont été développés. De telles procédures sont fortement souhaitables puisqu'elles réduisent le besoin de solvants pendant la production des produits chimiques.