Interkalaatio (kemia)

Interkalaatio tarkoittaa kemiallista reaktiota, jossa atomi, ioni tai molekyyli insertoituu kerrosmaisen yhdisteen tai alkuaineen kerrosten väliin muodostamatta kuitenkaan kovalenttista sidosta isäntämolekyylin kanssa. Interkalaatiossa tapahtuu reversiibeli isäntämolekyylin rakenteen ja ominaisuuksien muuttuminen. Isäntämolekyyli voi olla yksinkertainen kiteinen aine, makromolekyyli tai amorfinen aine. Interkalaatiossa muodostuvaa yhdistettä kutsutaan interkalaatioyhdisteeksi.

Interkalaatio epäorgaanisessa kemiassa

Ensimmäisen kerran interkalaatioreaktioista raportoi saksalainen C. Schafhäult vuonna 1840, mutta varsinaisesti interkalaatioreaktiot herättivät kiinnostusta vuodesta 1926 eteenpäin, jolloin Karl Fredenhagen ja Gustav Cadenbach raportoivat kaliumhöyryn interkalatoituvan grafiittiin. Tyypillisiä esimerkkejä epäorgaanisista interkalatoitumisreaktioista ovat ammoniakin interkalatoituminen saveen, alkalimetallien interkalatoituminen kerrosrakenteisiin siirtymämetallikalkogeneihin eli oksideihin, sulfideihin, selenideihin ja tellurideihin (mm. molybdeenidisulfidiin ja niobiumtelluridiin) sekä useiden eri metallien ja molekyylien interkalatoituminen grafiittiin. Interkalatoituminen muuttaa materiaalien sähkönjohtavuutta ja magneettisia ominaisuuksia. Tästä hyvänä esimerkkinä ovat grafiitin interkalaatioyhdisteet. Polymeerisessä hiilimonofluoridissa grafeenin π-systeemi on hajonnut interkalatoituneiden fluoriatomien aiheuttaman rakennemuutoksen vuoksi ja hiilimonofluoridi on sähköneriste. Sen sijaan interkalatoituneet metalliatomit, kuten kalium, luovuttavat elektroneja π-systeemille säilyttäen sen rakenteen, ja tällaiset interkalaatioyhdisteet ovat grafiittia parempia sähkönjohteita.

DNA:n interkalaatio

Tasomaiset aromaattiset yhdisteet pystyvät interkalatoitumaan DNA-molekyylin kaksoiskierteen väliin ja aiheuttamaan rakenteellisen muutoksen. Tällöin DNA:n ominaisuudet muuttuvat ja muun muassa monistuminen estyy. Interkalatoituvan molekyylin pinta-alan täytyy olla vähintään 2,8 nm2 ja korkeus vähemmän kuin 0,34 nm. DNA:n kanssa interkalatoituvia yhdisteitä ovat muun muassa daktinomysiini, antrasykliiniantibiootit ja eräät väriaineet, kuten etidiumbromidi ja akridiinioranssi.

Lähteet

Kemialliset reaktiot