3. Reconnaissance tétraédrique et cryptants macrotricycliques
La fixation sélective d'un substrat tétraédrique nécessite la construction d'une molécule réceptrice avec un site de reconnaissance tétraédrique. Cela peut être obtenu en disposant quatre sites de fixation appropriés aux sommets d'un tétraèdre et en les reliant par six ponts. Une telle structure, appelée macrotricycle cylindrique, a été réalisée dans le cryptant sphérique 5, qui contient quatre azotes placés aux sommets d'un tétraèdre et six oxygènes placés aux sommets d'un octaèdre, comme indiqué en 6.
De fait, le composé 5 fixe le cation NH+4 avec une force et une sélectivité exceptionnelles (par rapport à K+), formant un cryptate d'ammonium, représenté par (NH+4 ⊂ 5) et montré en 7. Ce complexe présente un haut degré de complémentarité de structure et d'interaction entre le substrat NH+4 et le récepteur 5. L'ion ammonium entre dans la cavité de 5 et est fixé par un réseau de liaisons hydrogène +N−H...N et par des interactions électrostatiques avec les six oxygènes.
Les remarquables caractéristiques de protonation du composé 5 ont conduit à la formulation de l'espèce diprotonée comme le cryptate d'eau (H2O ⊂ 5-2H+), 8, dans lequel la molécule d'eau accepte deux liaisons +N−H...O des azotes protonés et donne deux liaisons O−H...N aux azotes non protonés. La seconde protonation de 5 est facilitée par le substrat ; on peut la considérer comme un effet de « coopérativité positive » dans lequel H2O joue le rôle d'effecteur. Quand 5 est tétraprotoné, il forme le cryptate de chlorure (Cl- ⊂ 5-4H+), 9, dans lequel l'anion inclus est fixé par quatre liaisons hydrogène +N−H...X-.
Le macrotricycle sphérique 5 constitue ainsi un récepteur moléculaire possédant un site de reconnaissance tétraédrique qui fixe les substrats par un réseau tétraédrique de liaisons hydrogène comme dans 7, 8 et 9. Cela illustre le génie moléculaire nécessaire à la chimie des récepteurs abiotiques.
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