超分子化学PPT

1、超分子化学之父超分子化学之父 Jean-Marie LehnJean-Marie Lehn教授，教授，19391939年年9 9月月3030日生于法国日生于法国阿尔萨斯。阿尔萨斯。19571957年起在法年起在法国斯特拉斯堡大学主修化国斯特拉斯堡大学主修化学，学，19631963年获该大学理学年获该大学理学博士学位。随后，博士学位。随后，Jean-Jean-Marie LehnMarie Lehn教授赴美国哈教授赴美国哈佛大学做博士后研究，并佛大学做博士后研究，并同时担任斯特拉斯堡大学同时担任斯特拉斯堡大学助理教授。目前任法国科助理教授。目前任法国科学院院士、法国巴斯德学院院士、法国巴斯德路路

2、易斯大学超分子化学实验易斯大学超分子化学实验室主任。室主任。 超分子化学超分子化学Supramolecular Chemistry三位超分子化学研究方面的科学家三位超分子化学研究方面的科学家获得获得19871987年的年的NobelNobel化学奖化学奖 美国的美国的C. J. Pederson、D. J. Cram教授教授 法国的法国的J. M. Lehn教授。教授。超分子化学超分子化学 分子材料、信息储存、拥有及转换、拟酶分子材料、信息储存、拥有及转换、拟酶催化作用及反应性、分子囊包及稳定化等催化作用及反应性、分子囊包及稳定化等的基础的基础 有机化学、无机化学、物理化学和分析化有机化学、无

3、机化学、物理化学和分析化学等各个化学分支的重新结合得以实现的学等各个化学分支的重新结合得以实现的载体（载体（vehicle） 超分子化学已成为当前公认的化学理论与超分子化学已成为当前公认的化学理论与应用技术的应用技术的前沿前沿课题。课题。超分子化学的定义和范畴超分子化学的定义和范畴 超分子化学就是超分子化学就是分子组装和分子间键的化分子组装和分子间键的化学学 chemistry beyond the molecule.它是研究超分子它是研究超分子或分子超结构的形成或分子超结构的形成,性质及应用的化学性质及应用的化学,包括包括 分子识别分子识别原理原理,受体化学受体化学,分子自组装分子自组装,超

4、分子光化学超分子光化学,超分子电化超分子电化学学,超分子催化化学超分子催化化学,超分子工程学超分子工程学,超分子生命科学等超分子生命科学等.涉及的学科有涉及的学科有:无机及配位化学无机及配位化学,分析化学分析化学,有机化学有机化学,物物理化学理化学,生物化学以及材料科学等生物化学以及材料科学等. 超分子化学是研究两种以上的化学物种通过分子间力超分子化学是研究两种以上的化学物种通过分子间力相互作用缔结成为具有特定结构和功能的超分子体系的科相互作用缔结成为具有特定结构和功能的超分子体系的科学。学。 简言之：超分子化学是研究多个分子通过简言之：超分子化学是研究多个分子通过非共价键作用非共价键作用而形

5、成的功能体系的科学。而形成的功能体系的科学。超分子与普通分子的区别超分子与普通分子的区别 不在于物种的大小，而在于是否能够把这个不在于物种的大小，而在于是否能够把这个物种分裂为至少在原则上能独立存在的分子。物种分裂为至少在原则上能独立存在的分子。 building blocks以类似于原子结合形成分子的方式结合成超分子。以类似于原子结合形成分子的方式结合成超分子。 超分子化学是分子水平以上的化学超分子化学是分子水平以上的化学 （the chemistry beyond the molecule）天然大环配体天然大环配体自然界存在着许多结构复杂，性能各异的大自然界存在着许多结构复杂，性能各异的大

6、环配位化合物环配位化合物例如：维生素例如：维生素B12叶绿素叶绿素血红蛋白血红蛋白其中称为其中称为离子载体离子载体（Ionophores）的天然大环配）的天然大环配合物与超分子化学的发展有着相当密切的关系。合物与超分子化学的发展有着相当密切的关系。超分子化学与主客体化学超分子化学与主客体化学缬氨霉素缬氨霉素-钾配合物的晶体结构钾配合物的晶体结构环糊精环糊精环糊精是淀粉在淀粉酶作用下生环糊精是淀粉在淀粉酶作用下生成的环状低聚糖的总称成的环状低聚糖的总称a-a-b-b-g-g-冠醚冠醚二十世纪六十年代，美国杜邦公司二十世纪六十年代，美国杜邦公司的化学家的化学家C. J. Pederson 第一个第

7、一个人类合成出冠醚化合物人类合成出冠醚化合物 二苯并二苯并18-冠冠-6 他取名：王冠他取名：王冠OOOOOOIUPAC： 含含-O(CH2CH2O)n-结构的环状聚醚化合物结构的环状聚醚化合物简称为（王）冠醚化合物（简称为（王）冠醚化合物（Crown ether）杯芳烃杯芳烃 杯芳烃：苯酚衍生物与甲醛反应得到的一类环状杯芳烃：苯酚衍生物与甲醛反应得到的一类环状缩合物。缩合物。 分子形状与希腊圣杯（分子形状与希腊圣杯（Calixcrater）相似）相似 由多个苯环构成的芳香族分子由多个苯环构成的芳香族分子(Arene) 杯芳烃杯芳烃 通常在酚羟基的对位还带有取代基通常在酚羟基的对位还带有取代基

8、超分子化学与两亲化合物超分子化学与两亲化合物从超分子化学的角度探讨：从超分子化学的角度探讨： 溶液或液膜中溶液或液膜中两亲分子两亲分子自身的组装和结构自身的组装和结构超分子聚集结构超分子聚集结构分子有序组合体分子有序组合体表面活性剂表面活性剂单分子层单分子层双分子层双分子层胶束胶束微泡体微泡体等等主要涉及：主要涉及：界面活性化合物界面活性化合物应用：生物膜模拟、生产等应用：生物膜模拟、生产等分子器件分子器件科学家提出：在有机分子的分子尺寸范围实现对科学家提出：在有机分子的分子尺寸范围实现对电子运动的控制，从而使分子聚集体构成有特殊电子运动的控制，从而使分子聚集体构成有特殊功能的器件。功能的器件

9、。分子器件的分子器件的主要研究内容主要研究内容： 分子导线、分子开关、分子整流器、分子导线、分子开关、分子整流器、 分子储存器、分子计算机等分子储存器、分子计算机等新型超分子化合物新型超分子化合物多年前提出的许多拓扑结构：多年前提出的许多拓扑结构： 轮烷（轮烷（RoxtaxaneRoxtaxane） 索烃（索烃（CatenaneCatenane） 绳结（绳结（KnotKnot） 双螺旋（双螺旋（HelixHelix） 奥林匹克环（奥林匹克环（Olympic RingOlympic Ring） 等新颖的超分子结构等新颖的超分子结构已利用模板反应有效地合成出来已利用模板反应有效地合成出来 索烃索烃

10、 索烃是一种具有连环套拓扑结构的超分子化索烃是一种具有连环套拓扑结构的超分子化合物，通常环与环之间没有共价键联系。合物，通常环与环之间没有共价键联系。奥奥林林匹匹克克环环绳结绳结绳结是一种拓扑结构绳结是一种拓扑结构法国法国Sauvage小组：利用双铜离子的三维模板效小组：利用双铜离子的三维模板效应，历时十余年，终于在九十年代初首次合成出应，历时十余年，终于在九十年代初首次合成出了绳结分子。了绳结分子。Sauvage教授由此而荣获大环化学教授由此而荣获大环化学学术界的第一个学术界的第一个Christensen奖。奖。ONNONNNNONNNNONNNNNNNNNNNNNNNNNNNN螺旋状分子螺

11、旋状分子准轮烷和轮烷准轮烷和轮烷准轮烷准轮烷（Pseudorotaxane）：）： 由链状分子通过某种分子间识别或自组装穿由链状分子通过某种分子间识别或自组装穿越另一个环状分子所形成的一种超分子结构。越另一个环状分子所形成的一种超分子结构。轮烷轮烷：在链状分子穿越环状分子以后，再在链状：在链状分子穿越环状分子以后，再在链状分子的两端用大基团封住，使环状分子不能脱落。分子的两端用大基团封住，使环状分子不能脱落。准轮烷聚合物准轮烷聚合物N+N+N+N+OOOOOOHO OOOCNHOCH2NHCOO OOO OO OOO OOOOOHn4PF6-( )3( )3超分子聚合物超分子聚合物环三黎芦烃环

12、三黎芦烃：Cyclotriveratrylenes CTV； veratryl：3，4-二甲氧苯甲基）二甲氧苯甲基）1. XYOCH32. XYOCH2O3. XOCH3，YOCD34. XH，YDCyclotriveratrylenesXYXXYY穴芳烷：穴芳烷：CraptophaneRRRRRRRRRRRRsynantiOOOOONHCNO2NO2NNOOOOOHNO2NOOOOONNMeMeOH OOOONNO2NNO2( )nn=14MeOOOOMeMeHNNO2NNO2生色醚生色醚（Chromoacerands）壁龛壁龛（Niches）1985，Rebek等成功制备了等成功制备了非环

13、状的螯状分子非环状的螯状分子： 分子龛分子龛分子龛是与客体在尺寸上和形状上能够互补。分子龛是与客体在尺寸上和形状上能够互补。 分子龛分子龛 客体客体+目前，超分子化学的理论和方法正发挥着越来越重要的目前，超分子化学的理论和方法正发挥着越来越重要的作用，该学科的研究将更加紧密地与各化学分支相结合作用，该学科的研究将更加紧密地与各化学分支相结合. .可以预见，作为超分子化学起源的主客体化学将与有机可以预见，作为超分子化学起源的主客体化学将与有机合成化学、配位化学和生物化学互相促进，为生命科学、合成化学、配位化学和生物化学互相促进，为生命科学、能源科学等共同做出巨大贡献能源科学等共同做出巨大贡献; ;超分子化学方法在无机超分子化学方法在无机化学中的应用将使人们获得多种具有特定功能的配合物、化学中的应用将使人们获得多种具有特定功能的配合物、晶体、陶瓷等材料晶体、陶瓷等材料; ;物理化学则要改变当前超分子化学物理化学则要改变当前超分子化学的定性科学现状，从微