Supramolekulare Chemie – Moleküle, Übermoleküle und molekulare Funktionseinheiten (Nobel-Vortrag)

Supramolekulare Chemie ist die Chemie der intermolekularen Bindung und beschaftigt sich mit Strukturen und Funktionen von Einheiten, die durch Assoziation von zwei oder mehr chemischen Spezies gebildet werden. Molekulare Erkennung in Ubermolekulen, die bei der Rezeptor/Substrat-Bindung entstehen, beruht auf dem Prinzip der molekularen Komplementaritat, wie es bei der Erkennung spharischer, tetraedrischer und linearer Substrate durch Rezeptoren, Corezeptoren, Metallorezeptoren und amphiphile Rezeptoren vorgefunden wird. Supramolekulare Katalyse mit Rezeptoren, die reaktive Gruppen tragen, bewirkt Bindungsspaltungen und -knupfungen durch Cokatalyse. Lipophile Rezeptoren konnen als selektive Carrier fur verschiedenartige Substrate verwendet werden, und sie ermoglichen den Aufbau von Transportsystemen, die mit einem Elektronen- oder Protonengradienten oder mit einem Photoprozes gekoppelt sind. Wahrend Endorezeptoren Substrate durch „konvergente Wechselwirkungen” in Molekulhohlraumen binden, werden bei Exorezeptoren die Substrate durch Wechselwirkungen zwischen den Ausenflachen von Rezeptor und Substrat gebunden. Demgemas lassen sich neue Typen von Rezeptoren, z. B. die Metallonucleate, entwickeln. In polymolekularen Aggregaten konnen Rezeptoren, Carrier und Katalysatoren zu molekularen und supramolekularen Funktionseinheiten fuhren, die strukturell organisierte und funktionell integrierte chemische Systeme sind („supramolekulare Architektur”). Erkennungs-, Translokations- und Transformationsprozesse mit molekularen Funktionseinheiten werden unter dem Gesichtspunkt analysiert, ob sie durch Photonen, Elektronen oder Ionen ausgelost werden konnen. Auf diese Weise lassen sich die Gebiete der molekularen Photonik, Elektronik und Ionik definieren. Fuhrt man photosensitive Gruppen ein, ergeben sich photoaktive Rezeptoren, die sich zur Lichtumwandlung und Ladungstrennung eignen. Redoxaktive, langkettige Polyolefine – „molekulare Drahte” – konnen Elektronen, z. B. durch Membranen, ubertragen. Tubulare Mesophasen, die durch Stapelung geeigneter makrocyclischer Rezeptoren entstehen, konnen Ionenkanale bilden. Bei acyclischen Liganden gibt es das Phanomen der molekularen Selbstorganisation, was zu Komplexen mit doppelt-helicaler Struktur fuhrt. Derartige Entwicklungen im Bereich des „molekularen und supramolekularen Designs und Engineerings” lassen auf photonische, elektronische und ionische molekulare Funktionseinheiten hoffen, die hochselektive Erkennungs-, Umwandlungs- und Ubertragungsprozesse – Verarbeitung von Signalen und Informationen auf molekularer Ebene – ausfuhren konnen.