Cram fonde ses recherches sur la théorie de la préorganisation développée par Pedersen. Cette dernière stipule que les réactions qui créent des liaisons fortes nécessitent la préparation et la conception, au niveau des hôtes, de cavités ou d'autres sites de fixation permettant d'accueillir des invités spécifiques. Sans préorganisation, la liaison est aléatoire et ne peut être ni prévue ni contrôlée, comme l'ont montré les expériences de Pedersen. Cram parvient, à l'aide de modèles moléculaires tridimensionnels, à préparer des dizaines d'éthers-couronnes. Il conçoit également une molécule hôte capable d'imiter les propriétés d'une enzyme. Cette partie de son étude implique des acides aminés (éléments constitutifs d'une enzyme) présentant des formes symétriques. Cram développe un système de reconnaissance moléculaire qui ne permet une liaison qu'avec l'une des parties symétriques de l'acide aminé. Étant donné que l'hôte ne forme une liaison qu'avec cette partie, il sépare automatiquement les formes symétriques en solution. Cram a ainsi produit un composé pouvant imiter la capacité à réagir de ces enzymes. En concevant une molécule capable de reconnaître une autre molécule spécifique, Cram a également étendu de manière considérable les possibilités de la reconnaissance moléculaire. Pour ses travaux, Cram a partagé en 1987 le prix Nobel de chimie avec le chimiste américain Charles J.Pedersen et le chimiste français Jean-Marie Lehn.

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