A Química Supramolecular, descrita neste livro de forma notável pelo grande impulsionador, é a química das interacções intermoleculares de natureza não covalente. A Química Supramolecular explora o papel que as interacções intermoleculares assumem, através das suas intensidades e complementaridades, na produção de arquitecturas moleculares complexas. Este livro mostra como é que a subtileza e diversidade das interacções fracas, em particular as ligações de hidrogénio, famosas pelo seu papel na dupla hélice do ADN, estão na origem da formação de estruturas supramoleculares através de processos de automontagem e de auto-organização.
Se por um lado as arquitecturas supramoleculares são complexas, muitas delas são também, por outro lado, caracterizadas por uma elevada simetria, por uma grande elegância e economia de formas, evidenciando a criatividade subjacente na concepção de novas estruturas. “Complexo” não quer dizer complicado, e a sua beleza não está nas complicadas estruturas, mas antes na simplicidade dos seus princípios.
Nova área da química, a Química Supramolecular abre caminho para interdisciplinaridades novas e imprevistas. A investigação neste domínio situa-se na convergência de diversas fronteiras, entre a química, a biologia, a física, a ciência dos materiais e a engenharia. Os horizontes da ciência supramolecular são de facto largos, exigindo o abandono da especialização compartimentalizada e a fecunda fertilização cruzada de diferentes disciplinas.
Este livro contém um capítulo, especialmente escrito para esta edição portuguesa, que apresenta os desenvolvimentos ocorridos nesta área desde a publicação da edição original em língua inglesa (Maio de 1995).
Prefácio IX
Nota dos tradutores XI
1 Da Química Molecular à Química Supramolecular
Conceitos e Linguagem da Química Supramolecular
2 Reconhecimento Molecular
2.1 Reconhecimento, Informação, Complementaridade
2.2 Receptores Moleculares — Princípios de Concepção
2.3 Reconhecimento Esférico — Criptatos de Catiões Metálicos
2.4 Reconhecimento Tetraédrico por Criptandos Macrotricíclicos
2.5 Reconhecimento de Iões Amónio e Substratos Relacionados
2.6 Ligação e Reconhecimento de Moléculas Neutras
3 A Química de Coordenação de Aniões e o Reconhecimento de Substratos Aniónicos
4 Moléculas Correceptoras e Reconhecimento Múltiplo
4.1 Criptatos Dinucleares e Polinucleares de Iões Metálicos
4.2 Reconhecimento Linear do Comprimento Molecular por Correceptores Ditópicos
4.3 Correceptores Heterotópicos — Receptores Ciclofanos
Receptores Anfifílicos, Gaiolas Moleculares Grandes
4.4 Reconhecimento Múltiplo em Metalorreceptores
4.5 Dinâmica Supramolecular
5 Reactividade e Catálise Supramoleculares
5.1 Catálise com Moléculas Macrocíclicas Reactivas Receptoras de Catiões
5.2 Catálise com Moléculas Reactivas Receptoras de Aniões
5.3 Catálise com Receptores do Tipo Ciclofano
5.4 Metalocatálise Supramolecular
5.5 Cocatálise: Catálise de Reacções de Síntese
5.6 Catálise Biomolecular e Abiótica
6 Processos de Transporte e Concepção de Transportadores
6.1 Transporte Mediado por Transportadores
6.2 Processos de Transporte de Catiões — Transportadores de Catiões
6.3 Processos de Transporte de Aniões — Transportadores de Aniões
6.4 Processos de Transporte Acoplado
6.4.1 Transporte Acoplado a Electrões num Gradiente Redox
6.4.2 Transporte Acoplado a Protões num Gradiente de pH
6.4.3 Processos de Transporte Acoplados a Luz
6.5 Transferência através de Canais Transmembranares7 Das Supermoléculas às Assembleias Supramoleculares
7.1 Reconhecimento Molecular Heterogéneo. Materiais Sólidos Supramoleculares
7.2 Dos Endorreceptores aos Exorreceptores. O Reconhecimento Molecular em Superfícies
7.3 Morfogénese Molecular e Supramolecular
7.4 Catálise Heterogénea Supramolecular
8 Dispositivos Moleculares e Supramoleculares
8.1 Reconhecimento Molecular, Informação e Sinais. Semioquímica
8.2 A Fotoquímica Supramolecular. Os Dispositivos Fotónicos Moleculares e Supramoleculares
8.2.1 Dispositivos de Conversão de Luz e Transferência de Energia
8.2.2 Receptores Moleculares Fotossensíveis
8.2.3 Transferência Electrónica Fotoinduzida em Dispositivos Fotoactivos
8.2.4 Reacções Fotoinduzidas em Espécies Supramoleculares
8.2.5 Propriedades de Óptica Não-Linear de Espécies Supramoleculares
8.2.6 Efeitos Supramoleculares na Produção de Lacunas Fotoquímicas
8.3 Dispositivos Electrónicos Moleculares e Supramoleculares
8.3.1 Electroquímica Supramolecular
8.3.2 Dispositivos Condutores de Electrões. Fios Moleculares
8.3.3 Fios Moleculares Polarizados. Dispositivos Rectificadores
8.3.4 Fios Moleculares Modificados e Comutáveis
8.3.5 Dispositivos Magnéticos Moleculares
8.4 Dispositivos Iónicos Moleculares e Supramoleculares
8.4.1 Mesofases Tubulares
8.4.2 Monocamadas Sensíveis a Iões
8.4.3 Moléculas do Tipo Bouquet. Abordagem do tipo Chundle aos Canais Moleculares
8.4.4 Protónica Molecular
8.4.5 Sensores Iónicos e Moleculares
8.5 Dispositivos de Comutação e Sinais. Semioquímica
8.5.1 Dispositivos de Comutação. Sinais e Informação
8.5.2 Dispositivos Fotocomutadores
8.5.3 Dispositivos Electrocomutáveis
8.5.4 Comutadores em Processos Moleculares e Iónicos
8.5.5 Processos de Comutação Mecânica9 Autoprocessos – Sistemas Supramoleculares Programados
9.1 Automontagem. Auto-Organização
9.2 Sistemas Supramoleculares Programados
9.3 Automontagem de Arquitecturas Inorgânicas
9.3.1 Automontagem de Complexos em Dupla Hélice e em Tripla Hélice: Os Helicatos
9.3.2 Automontagem de Multicomponentes
9.3.3 Redes Supramoleculares de Iões Metálicos. Prateleiras, Escadas e Grelhas
9.4 Automontagem de Estruturas Orgânicas Supramoleculares
9.4.1 Automontagem por Ligações de Hidrogénio. Moléculas de Janus
9.4.2 Associação de Fases Organizadas Dirigida por Reconhecimento Molecular
9.4.3 Química de Polímeros Supramoleculares
9.4.4 Automontagem Dirigida por Reconhecimento Molecular de Estruturas de Estado Sólido Ordenadas
9.4.5 Métodos Físico-Químicos de Investigação
9.5 Auto-Reconhecimento. O Paradigma do Sistema Instruído
9.6 Síntese Supramolecular, Assistência e Replicação
9.6.1 Síntese Supramolecular
9.6.2 Assistência Supramolecular à Síntese
9.6.3 Replicação. Auto-Replicação
9.7 Quiralidade Supramolecular e Auto-Organização
9.8 Materiais Supramoleculares. Nanoquímica
9.9 A Quimiónica
10 Em Direcção à Matéria Complexa. Dinâmica, Adaptação e Evolução em Processos Supramoleculares
10.1 A Química Supramolecular e o Paradigma da Informação
10.2 Da Preorganização à Auto-Organização e aos Sistemas Programados: Planeamento
10.3 Auto-organização Múltipla por meio de Processamento Múltiplo/Expressão Múltipla da Informação Molecular
10.3.1 Dois Helicatos Diferentes a partir do mesmo Ligando
10.3.2 Dois Metalomacrociclos Diferentes a partir do mesmo Ligando
10.3.3 Duas Montagens Diferentes Formadas por Ligações de Hidrogénio a partir da mesma Fita Molecular
10.3.4 Conjecturas, Implicações e Perspectivas
10.4 Química Dinâmica e Diversidade Constitucional: Selecção
10.4.1 Química Combinatória Dinâmica e Bibliotecas Combinatórias Virtuais
10.4.2 Perspectivas
10.5 Auto-Organização por Planeamento e Selecção: Autoplaneamento
10.6 Auto-Organização de Sistemas Supramoleculares Funcionais
10.7 Materiais Supramoleculares Funcionais
10.8 Química de Polímeros Supramoleculares e Polímeros Dinâmicos Combinatórios
10.8.1 Polímeros Supramoleculares
10.8.2 Dinâmeros: Dinâmica Molecular e Polímeros Supramoleculares
10.8.3 Perspectivas
10.9 Nanoquímica Supramolecular e Nanomateriais
10.10 Rumo à Química Adaptativa e Evolutiva
10.11 Ciência Supramolecular: a Ciência da Matéria Complexa, Informada
11 Perspectivas
11.1 Da Estrutura à Informação. O Desafio da Química Instruída
11.2 Passos em direcção à Complexidade
11.3 Química e Biologia, Criatividade e Arte
Bibliografia e notas
Apêndice
Referências iconográficas
Índice Remissivo
Jean-Marie Lehn, nascido em 1939 é hoje um dos nomes mais salientes da química contemporânea. De entre os inúmeros prémios e distinções que recebeu, destaca-se o prémio Nobel da Química em 1987. Os seus interesses científicos são muito diversificados. A Química Supramolecular, que inclui a catálise supramolecular e os materiais supramoleculares, continua a ser para ele uma importante área de investigação. Jean-Marie Lehn é actualmente director do “Laboratoire de Chimie Supramoléculaire” na Université Louis Pasteur em Estrasburgo, do “Laboratoire de Chimie des Interactions Moléculaires” no Collège de France em Paris, e ainda do “Nanotechnologie Institute of the Research Center of Karlsruhe”. Prossegue uma actividade científica muito activa e fecunda, tendo publicado cerca de um milhar de artigos científicos.
Maria José Calhorda é Professora Catedrática da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa. Licenciou-se em Engenharia Química no Instituto Superior Técnico, onde se doutorou em 1980 e agregou em 1993. Realizou um pós-doutoramento com D. M. P. Mingos na Universidade de Oxford, UK, em 1980/81, foi Visiting Scientist na Universidade de Cornell, USA, onde trabalhou com R. Hoffmann em 1987/88, e visitou, durante licenças sabáticas posteriores, o Max-Planck-Institut (Estado Sólido, Estugarda) onde trabalhou com A. Simon em 1995, e a Universidade de Marburg, Alemanha, onde trabalhou com G. Frenking em 2004.
Rita Delgado é Professora Associada com Agregação do Instituto Superior Técnico. Licenciou-se em Engenharia Química no Instituto Superior Técnico, onde se doutorou em 1985 e agregou em 1995. Realizou um pós-doutoramento com D. H. Busch em 1986/87 na Ohio State University, USA, e uma licença sabática com A. E. Martell em 1992/93 na Universidade do Texas A&M, USA. É responsável pelo grupo de Química de Coordenação e Supramolecular do Instituto de Tecnologia Química e Biológica em Oeiras.
Ana Margarida Martins é Professora Auxiliar com Agregação do Instituto Superior Técnico. Licenciou-se em Química na Faculdade de Ciências de Lisboa em 1980 e efectuou no Instituto Superior Técnico o curso de Mestrado em Química dos Processos Catalíticos em 1984, o doutoramento em 1991 e a agregação em 2006. Estagiou no Instituto Francês do Petróleo, Rueil-Malmaison em França com H. Mimoun (19983/84) e na Universidade Técnica de Munique na Alemanha com A. Filippou (1990). Efectuou na Universidade de Oxford, UK, um pós-doutoramento como Senior Research Associate do Holywell Manor, Balliol College (1991/93) e uma licença sabática (1998) com M. L. H. Green. Os seus interesses científicos centram-se nas áreas da síntese organometálica e catálise homogénea, com particular relevo na polimerização de olefinas e na activação de moléculas pequenas (H2, N2, etc.) e de substratos orgânicos, usando como catalisadores complexos de metais de transição dos Grupos 4, 5 e 6.
Vanderlei Gageiro Machado é Professor de Química Orgânica na Universidade Regional de Blumenau, Brasil. Licenciou-se em química e doutorou-se em Química Orgânica na Universidade Federal de Santa Catarina, Brasil, em 1997. Realizou um pós-doutoramento com o professor Jean-Marie Lehn na Université Louis Pasteur, em Estrasburgo, França. Os seus interesses científicos centram-se nas áreas de físico-química orgânica e química supramolecular.
Nuno Miranda, Licenciado em Química no Instituto Superior Técnico em 2006, interessou-se pela química supramolecular, em particular por máquinas e dispositivos electrónicos supramoleculares, enquanto estudante de licenciatura.