Topokjemi

Den topochimie er en neologisme skapt av sammentrekning av topologi og kjemi , og brukes til å referere til to begreper:

• grenen av fysisk kjemi som omhandler reaksjoner som finner sted på eller i faste materialer når kjemiske reaksjoner vanligvis forekommer i oppløsning eller i gassform. Dette konseptet ble introdusert i 1919 av en tysk kjemiker, Volkmar Kohlschütter  ;
• grenen av supramolekylær kjemi som er interessert i utforming og studier av kjemiske forbindelser bundet av en såkalt "mekanisk" binding (f.eks. node ) og derfor ikke- molekylær . Disse forbindelsene er hovedsakelig catenans og rotaxanes . Introdusert av Jean-Pierre Sauvage , brukes begrepet hovedsakelig i denne forstand på fransk språk. Vi snakker også om molekylær topokjemi eller nylig om kjemisk topologi .

Solid state reaksjoner

I 1918 la Kohlshutter følgende postulat: "Reaksjoner i krystallinsk tilstand fortsetter med et minimum av atom- og molekylære bevegelser". Dermed definerer den den topokjemiske reaksjonen som reaksjonen som naturen og egenskapene til de oppnådde produktene påvirkes av begrensningene i det tredimensjonale periodiske miljøet (krystallstruktur).

Først på 1960-tallet arbeidet Schmidt et al. identifisere prinsippene for den topokjemiske kontroll av unimolekylære og bimolekylære transformasjoner  :

• den indre reaktiviteten til et molekyl er mindre viktig enn arten av komprimering av nabomolekyler rundt reagenset;
• separasjonsavstanden, den gjensidige orienteringen og den romlige symmetrien til de involverte funksjonelle gruppene spiller en avgjørende rolle;
• i krystallinske faste stoffer er det svært få - vanligvis en - konformasjoner antatt av molekyler, mens de er veldig fleksible i spredt tilstand;
• molekylære krystaller utviser et bredt utvalg av polymorfe former , som hver har en spesiell konformer eller symmetri og hvor separasjonen av funksjonelle grupper råder.

Krystallinsk molekylær reaktor

Tilstedeværelsen av store hulrom i visse koordineringsnettverk gjør det mulig å forestille seg realiseringen av kjemiske reaksjoner i disse porene. Disse nettverkene, kalt “  krystallinske molekylære kolber  ”, kan effektivt fange to organiske substrater og tillate kjemisk transformasjon. I kraft av deres krystallinske natur er det mulig å fiksere substratene i utvalgte posisjoner og således tillate den topokjemiske kontrollen av reaksjonene i porene. Imidlertid, i motsetning til løsningskemi, hvor verts-gjest- interaksjoner vanligvis er genialt konstruert, opptar substrater i porøse koordineringsnettverk ofte bare de frie områdene i strukturen, i stedet for å samhandle med spesifikke steder i disse porene. Den nåværende utfordringen for forskere er å designe koordineringsnettverk som vil øke effektiviteten av reaksjonene sammenlignet med den tradisjonelle løsningsveien.

Referanser

1. Brockhaus ABC Chemie, VEB Verlag Leipzig FA Brockhaus, 1965, s. 1426
2. Nettsted til det tidligere LCCO-laboratoriet til Pr J.-P. Sauvage - konsultert 5. oktober 2011
3. RS Forgan, J.-P. Sauvage og JF Stoddart, Chem. Rev. 2011 , 111, 5434–5464
4. HW Kohlshutter, Z. Anorg. Allg. Chem. 1918 , 105, 121
5. MD Cohen og GMJ Schmidt, J. Chem. Soc. , 1964 , 1996-2000
6. Y. Inokuma, M. Kawano og M. Fujita, Nat. Chem. , 2011 , 3, 349–358
7. Fujita M., I metall-organiske rammer: design og anvendelse; MacGillivray, LR, red.; Wiley: NJ, 2010; pp. 1-35.
8. K. Ikemoto, Y. Inokuma og M. Fujita, dx.doi.org/10.1021/ja2079064

Kilder

• (de) Denne artikkelen er delvis eller helt hentet fra en oversettelse av Wikipedia-artikkelen på tysk med tittelen "  Topochemie  ".
• V. Ramamurthy og K. Venkatesan, Chem. Rev. 1987 , 87, 433-481