超分子结构化学

点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本超分子化学1/35点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本目录1.超分子化学形成与发展3.分子识别和自组装4.超分子化学应用2.超分子稳定形成原因2/35点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本1.超分子化学形成与发展1987年诺贝尔奖得主在获奖演讲中首次提出“超分子化学”概念。C.Pedersen发觉冠醚化合物；J-M.Lehn发觉穴醚化合物并提出超分子概念；D.Cram主客体化学先驱者。今后十多年,超分子化学取得很大发展。3/35点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本1.超分子化学形成与发展超分子化学是研究两种以上化学物种经过分子间力相互作用缔结成为含有特定结构和功效超分子体系科学。简言之：超分子化学是研究多个分子经过非共价键作用而形成功效体系科学。4/35点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本1.超分子化学形成与发展进入20世纪70年代，因为大环化学、胶体化学、单分子膜和液晶等方面研究，人们重新对分子间相互作用产生了兴趣。当然关心不再是分子间相互作用存在以及它们对材料性能影响，而是利用存在于不一样分子中“信息”，即分子间相互作用，实现分子间识别和自组装，形成含有一定功效超分子。这些工作可表示为：5/35点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本2.超分子稳定形成原因2.1能量降低原因2.2熵增加原因2.3锁和钥匙原理6/35点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本2.1能量降低原因

超分子体系和其它化学体系一样，由分子形成稳定超分子原因，在不做有用功效时，可从热力学自由焓降低(△G<0)来了解：△G=△H－T△S△H为焓变，代表降低体系能量原因；△S为体系熵增原因7/35点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本2.1能量降低原因分子聚集在一起，依靠分子间相互作用力，客体间经过非共价键缔合作用形成。分子间相互作用方式主要有以下几个，同时也是降低超分子体系能量主要原因：(a)静电作用：静电作用包含离子—离子作用，离子—偶极子作用等(b)氢键:包含X—H—Y(X、Y=F、O、N)通常把氢键称为“超分子中万能作用”8/35点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本2.1能量降低原因(c)M－L配位键：金属原子和配位体分子间形成各种各样M－L配位键，其中以共价配位键更为普遍和主要。(d)疏水效应：溶液中疏水基团或油滴相互聚集，增加水分子间氢键数量。(e)诱导偶极子—偶极子作用(f)π—π堆叠作用面对面作用边对面作用9/35点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本2.2熵增加原因螯合效应：由螯合体形成配位化合物，要比相同配位原子和相同配位数单啮配位体所形成配位化合物稳定。大环效应：与螯合效应相关，在能量原因和熵原因上都促进了体系稳定性。疏水空腔效应：疏水空枪效应指疏水空腔所展现疏水效应或熵效应。有序水无序水10/35点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本2.3锁和钥匙原理锁和钥匙原理是指受体和底物之间在能量效应和熵效应上相互配合、相互促进，形成稳定超分子体系原理。锁和钥匙原理是超分子体系识别记忆功效和专一选择功效结构基础。分子间非共价键相互作用能量效应很小，它们单个作用相对强度都很弱，但在受体和底物相互匹配时，首先形成份子间相互作用，从而到达可观能量降低响应；另首先经过大环效应和疏水空腔效应等，促进体系熵值增加。11/35点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本2.3锁和钥匙原理锁和钥匙原理示意图12/35点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本3.分子识别和自组装分子识别：一个底物和一个接收体分子各自在其特殊部位含有一些结构，适合于彼此成键最正确条件，相互选择对方结合在一起。超分子自组装：分子之间依靠分子间相互作用，自发结合起来，形成份立或伸展超分子。

识别和自组装依据是：电子原因：各种分子间作用力得到发挥几何原因：分子几何形状和大小相互匹配13/35点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本3.分子识别和自组装3.1冠醚和穴状配体识别和组装3.3配位键识别和自组装3.4疏水作用识别和组装3.2氢键识别和自组装14/35点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本3.1冠醚和穴状配体识别和组装（1）球形离子大小识别15/35点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本3.1冠醚和穴状配体识别和组装(2)四面体识别三环氮杂冠醚中N原子四面体分布，对一样大小K+和NH4+，倾向于和NH4+结合。16/35点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本3.2氢键识别和自组装！

(1)DNADNA中碱基对就是依靠形成最多氢键、几何上匹配。在生命体系中是最主要一个氢键识别。DNA氢键识别和自组装是20世纪自然科学最伟大发觉之一。17/35点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本3.2氢键识别和自组装！

（2）超分子合成子合成子：用已知或想象合成操作所能形成或组装出来分子中结构单位。超分子合成子：用已知或想像、包含分子间相互作用合成操作所能形成超分子中结构单位。利用氢键识别，设计超分子合成子是超分子化学主要内容。下面列出一些有代表性超分子合成子。18/35点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本3.2氢键识别和自组装！

19/35点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本3.2氢键识别和自组装！

(3)实例中性分子识别20/35点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本3.2氢键识别和自组装！

氢键识别自组装成份子网球21/35点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本3.2氢键识别和自组装！

氢键识别组装成份子饼22/35点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本3.2氢键识别和自组装！

氢键识别和

···堆叠联合作用23/35点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本3.3配位键自组装过渡金属配位几何学和配位体相互作用位置方向性特征，提供了合理地组装成各类超分子蓝图。（1）大环超分子（Mo-O配位键）[Mo176O496(OH)32(H2O)80]·(600

50)H2O24/35点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本3.3配位键自组装(2)Zn-N配位键形成分子盒25/35点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本3.3配位键自组装(3)Fe-N配位键组装成超分子26/35点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本3.3配位键自组装(4)Mo-C和Mo-N键组装成超分子27/35点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本3.4疏水作用识别和组装环糊精内壁为疏水性。当环糊精接上一个疏水基团（如Ph-C4H9）这个基团经过识别内壁疏水性，并自组装成长链。28/35点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本4超分子化学应用超分子体系在自然界中广泛存在,而且发挥着复杂多样作用。人工合成超分子能够模拟自然界中超分子体系实现各种功效,如材料转化、能量转化、信号传感、分子传输、信息传导与转换、模拟酶分子转换作用以及分子水平微制造伎俩等。下面从分子器件、生物模拟和在分析化学上应用3个方面介绍超分子体系功效和应用。29/35点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本4超分子化学应用4.1分子器件4.2生物模拟4.3在分析化学上应用30/35点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本4.1分子器件分子器件是由超分子构筑结构准确至分子水平功效性材料,包含分子电子器件、分子质子器件、分子计算机和分子机器等。如将环糊精衍生物固定在电极上,用来传感特殊客体分子。31/35点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本4.2生物模拟模拟生物体系本质并开发含有更高功效人工超分子体系科学叫做生物模拟化学。功效开发内容包含物质运输、信息传输和转化、能量转化和物质转化(酶功效)等。依据离子传输机理能够利用超分子化学构筑类似于生物体内离子通道32/35点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本4.3在分析化学上应用Shinkai等在研究硼酸衍生化卟啉分子组装行为,并用于测定糖分子构型方面取得了许多结果.比如:四(4-硼酸基苯基)卟啉(TBPP)在水溶液中和糖分子存在下由π-π堆积成聚集体,圆二色谱(CD)激子偶合带(ECB)符号,对糖分子绝对构型有专一性,可检测糖分子绝对构型等等33/35点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本展望因为超分子学科含有辽阔应用前景和主要理论意义,超分子化学研究近十多