第六章网络版

1、第六章第六章 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1987年的年的Nobel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。SUPRAMOLECULAR CHEMISTRY SCOPE AND PERSPECTIVESMOLECULES - SUPERMOLECULES -MOLECULAR DEVICESNobel lecture, December 8, 1987byJEAN-MARIE LEHN参考书目参考书

2、目1. 纳米超分子化学：从合成受体到功能组装体纳米超分子化学：从合成受体到功能组装体 刘育刘育等等编著编著, 化学工业出版社化学工业出版社, 北京，北京，2004（化学资料室化学资料室）2. 超分子层状结构：组装与功能超分子层状结构：组装与功能 沈家骢等著，科学出版社，北京，沈家骢等著，科学出版社，北京，20043. 超分子化学研究中的物理方法超分子化学研究中的物理方法 童林荟童林荟, 申宝剑著，科学出版社申宝剑著，科学出版社 ，北京，北京，20044. 生物超分子体系生物超分子体系 李惟等编著，化学工业出版社现代生物技术与李惟等编著，化学工业出版社现代生物技术与医药科技出版中心医药科技出版中

3、心 ，北京，北京，2003参考书目参考书目5. 超分子化学：概念与展望超分子化学：概念与展望 (法法)Jean-Marie Lehn著，北京大学化学科学译著，北京大学化学科学译丛，北京大学出版社，北京，丛，北京大学出版社，北京，2002 （化学资料室化学资料室）6. 超分子化学：合成受体的分子识别与组装超分子化学：合成受体的分子识别与组装 刘育刘育, 尤长城尤长城, 张衡益编著，南开大学出版社张衡益编著，南开大学出版社 ，天津，天津，2001（化学资料室化学资料室） 7. 超分子液晶超分子液晶 晏华编著，科学出版社晏华编著，科学出版社 ，北京，北京，2000参考书目参考书目8. 超分子化学导论

4、超分子化学导论 孙小强，孟启，阎海波编，中国石化出版社孙小强，孟启，阎海波编，中国石化出版社 ，北京，北京，19979. Interfacial supramolecular assemblies Johannes G. Vos, Robert J. Forster, Tia E. Keyes，John Wiley & Sons, c2003. （化学资料室化学资料室）10. Optical sensors and switches edited by V. Ramamurthy, Kirk S. Schanze， Chichester ; New York : Marcel Dekk

5、er, c2001， （化学资料室化学资料室）参考书目参考书目11. Chemistry of nanomolecular systems : towards the realization of molecular devices T. Nakamura . et al. (eds.), Berlin ; New York : Springer, c2003. （化学资料室化学资料室）12. Supramolecular chemistry Jonathan W. Steed, Jerry L. Atwood，Chichester ; New York : Wiley, c2000， （化学

6、资料室化学资料室）参考书目参考书目13. Self-assembly in supramolecular systems Leonard F. Lindoy, Ian M. Atkinson，London : Royal Society of Chemistry, 200014. Transition metals in supramolecular chemistry edited by Jean-Pierre Sauvage，Chichester ; New York : Wiley, 1999 （化学资料室化学资料室）建议参考刊物建议参考刊物 J. Supramol. Chem.（200

7、1-2002）Supramol. Chem.（2002-）Supramol. Sci.（1994-1998）Inorg. Chem.Dalton Trans.PolyhedronInorg. Chim. ActaJ. Coord. Chem. 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（） 超分子化学已成为当前公认的化学理论与超

8、分子化学已成为当前公认的化学理论与应用技术的前沿课题。应用技术的前沿课题。超分子化学的定义和范畴超分子化学的定义和范畴 Lehn教授在获奖演说中对超分子化学的定义：教授在获奖演说中对超分子化学的定义：“Supramolecular Chemistry is the chemistry of the intermolecular bond, covering the structures and functions of the entities formed by associasion of two or more chemical species”。 超分子化学是研究两种以上的化学物种通过

9、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。 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

10、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） 主客体化学又称主宾化学主客体化学又称主宾化学 （Host-Guest Chemistry） 1967年，年，D. J. Pederson发现冠醚具有与发现冠醚具有与金属离子及烷基伯铵阳离子配位的特性，金属离子及烷基伯铵阳离子配位的特性，开辟了有机化学研究的新领域。开辟了有机化学研究的新领域。 D. J. Cram把冠醚（把冠醚（Crowm Ether）称为）称为，把与它形成配合物的金属离子或其，把与它形成配合物的金属离子或其他阳离子称为他阳离子称为，由此产生了主客

11、体化，由此产生了主客体化学这一名称。学这一名称。 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（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。天然大环配体天然大环配体缬氨霉素缬氨霉素-钾配合物的晶体结构钾配合物的晶体结构环糊精是淀粉在淀粉酶作用下环糊精是淀粉在淀粉酶作用下生成的环状低聚糖的总称生成的环状低聚糖的总称a-a-b-b-g-g-环糊精最重要的特点：能与多种化合物形成包合物

12、环糊精最重要的特点：能与多种化合物形成包合物环糊精空腔与客体分子体积之间的关系环糊精空腔与客体分子体积之间的关系环糊环糊精精葡萄糖葡萄糖单元单元数数空腔内部空腔内部直径直径/nm 匹配的客体分子匹配的客体分子a a-60.5苯，苯胺苯，苯胺b b-70.65萘，萘，1-苯胺苯胺-3,8-磺酸萘磺酸萘g g-80.85蒽，冠醚，蒽，冠醚，1-苯胺苯胺-3,8-磺酸萘磺酸萘二十世纪六十年代，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OOOOOOIU

13、PAC： 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：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

14、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。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、分子计算机等多年前提出的许多拓扑结

15、构：多年前提出的许多拓扑结构： 轮烷（轮烷（Roxtaxane） 索烃（索烃（Catenane） 绳结（绳结（Knot） 双螺旋（双螺旋（Helix） 奥林匹克环（奥林匹克环（Olympic Ring） 等新颖的超分子结构等新颖的超分子结构已利用已利用模板反应模板反应有效地合成出来有效地合成出来 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。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

16、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。螺螺旋旋分分子子的的自自组组装装NNNNNNNNNNNNNNONNONNNNNNNNONNONNNNONNNNONNNNNNNNNNNNNNNNNNNN螺旋状分子螺旋状分子准轮烷准轮烷（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

17、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。准轮烷和轮烷准轮烷和轮烷准轮烷聚合物准轮烷聚合物N+N+N+N+OOOOOOHO OOOCNHOCH2NHCOO OOO OO OOO OOOOOHn4PF6-( )3( )3准轮烷和轮烷准轮烷和轮烷Cyclotriveratrylenes CTV； veratryl：3，4-二甲氧苯甲基）二甲氧苯甲基）1. XYOCH32. XYOCH2O3. XOCH3，YOCD34. XH，YDCyclotriveratrylenesXYXXYY环三黎芦烃环三黎芦烃CraptophaneRRRRRRRRRRRRsynanti穴芳烷穴芳烷OOOOONHCNO2NO2NNOOOOOHNO2NOOOOONNMeMeOH OOOONNO2NNO2( )nn=14