Związek inkluzyjny, kompleks inkluzyjny – termin stosowany głównie w chemii supramolekularnej, oznaczający kompleks, w którym jedna cząsteczka lub sieć krystaliczna (gospodarz) obejmuje i „więzi” inną cząsteczkę – jon lub cząsteczkę obojętną (gość) w swojej strukturze, bez tworzenia wiązań kowalencyjnych; oddziaływanie gospodarz–gość ma zwykle charakter niekowalencyjny (m.in. siły van der Waalsa).
Terminologia W ujęciu terminologicznym IUPAC inclusion compound (inclusion complex) definiuje ten sam typ układu i wskazuje oba określenia jako równoważne w obrębie jednej definicji.
Związek inkluzyjny a kompleks inkluzyjny W polskiej terminologii spotyka się oba warianty nazwy. Określenie kompleks inkluzyjny (lub kompleks włączeniowy) bywa używane zwłaszcza w piśmiennictwie dotyczącym cyklodekstryn i odwracalnego tworzenia przez nie układów gospodarz–gość (w roztworze lub jako produkt stały). Z kolei związek inkluzyjny częściej akcentuje aspekt strukturalny lub materiałowy, tzn. wyizolowany produkt w stanie stałym otrzymany i scharakteryzowany metodami badań ciała stałego. Niezależnie od przyjętej nazwy, w obu przypadkach chodzi o niekowalencyjny układ typu gospodarz–gość, w którym składnik gościa znajduje się we wnęce gospodarza lub w przestrzeniach jego sieci krystalicznej.
Charakter wiązania i powstawanie Chemia supramolekularna opisuje układy (supercząsteczki) tworzone przez cząsteczki lub jony powiązane słabymi oddziaływaniami niewiążącymi, których suma może istotnie zmieniać właściwości układu względem składników wyjściowych. W związkach inkluzyjnych nie powstają wiązania kowalencyjne między gościem a gospodarzem, a oddziaływanie bywa opisywane jako wypadkowa sił niekowalencyjnych, w tym (zwykle) sił van der Waalsa.
W przypadku kompleksów cyklodekstryn wskazuje się udział m.in. oddziaływań van der Waalsa, sił dyspersyjnych oraz wiązań wodorowych, a w roztworach wodnych znaczenie ma także zastępowanie cząsteczek wody w hydrofobowej wnęce cyklodekstryny przez mniej polarnego gościa.
Typy Związki kanałowe (tunelowe) W części związków inkluzyjnych gospodarz tworzy równoległe, jednowymiarowe tunele/kanały, w których lokują się cząsteczki gościa; jako klasyczny przykład wskazuje się układy z mocznikiem, gdzie tunele powstają dzięki sieci wiązań wodorowych w krysztale gospodarza. Tego typu zjawisko wykorzystano m.in. w technikach rozdzielania prostych, łańcuchowych węglowodorów metodą krystalizacji ekstrakcyjnej z udziałem mocznika.
Klatraty (związki „klatkowe”) Jeśli przestrzeń w sieci gospodarza jest zamknięta ze wszystkich stron, a gość zostaje uwięziony w „klatce”, takie związki inkluzyjne określa się jako klatraty.
Otrzymywanie Dla kompleksów cyklodekstryn opisano m.in. metody takie jak: współkrystalizacja gospodarza i gościa z roztworu, długotrwałe ucieranie/mieszanie (kneading) w postaci pasty oraz wprowadzanie gościa w stanie gazowym do roztworu cyklodekstryny.
Przykłady Cyklodekstryny – tworzą kompleksy inkluzyjne z licznymi substancjami (zwłaszcza hydrofobowymi), dzięki hydrofilowej powierzchni zewnętrznej i hydrofobowej wnęce wewnętrznej; kompleksy te mogą zmieniać właściwości fizykochemiczne układu względem składników wyjściowych. Związki inkluzyjne mocznika – tworzą układy tunelowe, w których „gospodarz” (mocznik) stabilizuje w kanałach cząsteczki gościa; opisywano m.in. powstawanie klatratów mocznika z małymi węglowodorami (np. etanem i propanem).
Zastosowania Związki inkluzyjne wykorzystuje się m.in. do: modyfikowania rozpuszczalności i stabilności substancji – zwłaszcza w przypadku kompleksów z cyklodekstrynami, które mogą zwiększać rozpuszczalność i stabilność związków słabo rozpuszczalnych w wodzie oraz wpływać na właściwości organoleptyczne (np. maskowanie goryczy). rozdzielania mieszanin – np. w technikach usuwania/izolacji n-alkanów z frakcji naftowych (krystalizacja ekstrakcyjna oparta na tworzeniu związków inkluzyjnych mocznika).
Zobacz też kompleksy typu gość-gospodarz klatrat etery koronowe kryptandy
Przypisy
Kategoria:Chemia supramolekularna