有机化学专业硕士研究生课程

有机化学专业博士研究生课程
教学大纲
课程名称：超分子化学
课程编号：0703031F03
学分：2
总学时数：40
开课学期：2
考试方式：笔试（开卷）
课程说明：
超分子化学是研究多个分子通过非共价键作用而形成的功能体系的科学。

它的显著特点是从宏观进入微观，从静态研究进入动态研究，从个别细致研究发展到相互渗透、相互联系的研究，从分子内的原子排列向分子间的相互作用发展。

涉及的领域较广。

已成为当前公认的化学理论与应用技术的前沿课题。

在有机化学专业博士研究生的培养中，该课程帮助研究生了解超分子化学的意义、基本知识及一般研究方法，还要求研究生掌握相关领域的基本原理和知识，熟悉本领域较新的研究动态。

教学内容、要求及学时分配：
第一章绪论（2学时）
1.1 生物学中的互补性：物种如何适合聚集
1.2 非共价键相互作用：建议的作用力
1.3 设计原理：螯合与大环效应
1.4 超分子系统的特征
1.5 溶剂化效应
1.6 通告设计
1.7总结与展望
本章要求：了解超分子化学的定义、作用、发展以及涵盖的领域。

第2章阳离子键合 (4学时)
2.1 为什么与阳离子键合
2.2 大环配体的合成方法
1. 高稀释技术
2. 配合模板效应
3.去金属化
2.3 冠醚
2.4 穴状配体
2.5球状配体
2.6杯芳烃
2.7 Sepulchrates墓穴配合物
2.8含铁细胞
本章要求了解阳离子合成的大环受体结构。

了解基源互补，重排对多配位基受体与阳离子形成配合物的键能和选择性的影响。

明确大多数受体都是通过静电离子-偶极相互作用与阳离子键合，也可通过形成氢键增加键合强度。

熟悉大环受体的合成方法。

第3章阴离子键合 (4学时)
3.1 阴离子键合的性质：受体设计原理
3.2 为什么与阴离子键合
3.3 利用静电作用的识别
3.4 利用氢键作用识别
3.5 利用路易斯酸主体的识别
3.6 几种作用的协同识别
1. 多氮大环化合物：静电与氢键协同作用
2.胍盐：静电和氢键协同作用
3.卟啉类：静电和氢键协同作用
4.功能化有机金属胺类化合物：静电和氢键协同作用
5.功能化的铀酰胺类化合物：路易斯酸和氢键协同作用
6.荷正电的环芳烃类：静电与疏水协同作用
7.金属空穴：静电和疏水协同作用
本章要求：明确阴离子键合的重要性在于增强识别，而以此识别来设计受体是一个极具生命力的研究领。

理解阴离子识别对阳离子配位化学起到了补充作用。

各
种键合作用力已被以单一或复合的形式应用。

明确控制阴离子配位强度和选择性等因素的定义。

第4章阴离子和阳离子同时键合(4学时)
4.1 前沿
1.分级式方法
2.用独立的结合部位键合离子对
3.键合两性离子
4.2 阶式法
4.3 以独立键合位置键合离子对
4.4 键合两性离子
4.5 小结与展望
本章要求：了解阳离子和阴离子同时识别是一个极具活力的研究领域。

明确什么是分级式配合物，受体在何种情况下，才能键合分子的两性离子，逐级式配合物不仅可以模拟酶的识别性质（例如磷酸酶），还可以模拟它们的催化行为。

了解两性离子识别在生物学上的重要性及三点键合模型的概念。

第5章中性客体键合（6学时）
5.1 氢键受体
1. 相关的生物体系
2. 互补性氢键受体
3. 次级相互作用
4. 手性识别
5. 具有其它作用辅助的氢键
5.2疏水效应：在水中识别
1. 关于非极性客体的环苯受体
2. 溶剂化效应
3. 关于其它受体空穴的总结
5.3 通过配位键形成的配位
1. 配位化学和超分子化学的关系
2. 核酸基的金属受体
3. 糖的硼酸受体
4. 树枝状分子的结构特点
本章要求：了解中性客体的识别是利用不同策略达到强的、选择性识别。

理解中性客体键合将用到包括氢键、π-π堆积、疏水效应及电子转移等一系列非共价键相互作用，中性分子的结合和识别要利用到静电相互作用、给体-受体相互作用，特别是氢键相互作用。

第6章自组装（8学时）
6.1 引言
6.2 π电子给-受体体系
1.索烃与罗塔克斯烃
2.三叶形纽结----一条链相互扭曲形成三个交点，从而使其不能散开
6.3过渡金属定向组装
1.双螺旋和三螺旋结构
2.大环分子和分子箱
3.闭合和开合分子箱
4.架、梯和格
6.4氢键定向组装氢键的自然方向性使其很好的适合于复杂超分子的组装。

1）蔷薇花结和丝带
2）氢键形成的罗塔克斯烃和索烃
3) 肽纳米管
4) 网球密封于自组装胶囊中组装的网球是空心的，可以封入小分子
5) 自复制分子体系
6.5 阴离子定向组装
本章要求：了解自组装允许生成一些新的分子筑体，自组装产生的复杂结构可以应用到包括信息存储到药物传送等诸多领域。

理解自组装形成的独特非共价作用力而产生的电荷传递、金属配位、氢键键合、阴离子配位作用。

了解索烃、罗塔克斯烃、螺旋、结、大环、架、梯、格、管等自组装体的结构特征。

第7章生物超分子（8学时）
7.1生物超分子与超分子生物学
1.生物超分子体系优越性
2. 生物超分子体系分类
3.紧密非共价组合型
4. 离散性体系
5. 膜结合型超分子体系
7.2 生物超分子存在其意义
1.生物超分子工程学
2. 酶是生物催化剂
7.3酶工程的重要性
1.酶的催化作用特性
2.转胺酶的模拟
3.水解酶的模拟
4.核糖核酸的模拟
5.氧化还原酶的模拟
6.其他类型的人工酶
7.4 杯芳烃为受体的分子催化和模拟酶研究
本章要求：了解酶工程的重要性，熟知酶的催化作用特性、转胺酶的模拟、水解酶的模拟、核糖核酸的模拟、氧化还原酶的模拟以及其他类型的人工酶的模拟。

认识生物超分子存在其意义。

认识杯芳烃金属配合物作为催化剂具有很好的活性和选择性，杯芳烃及其衍生物由于能与金属离子作用表现出了较好的超分子催化和模拟酶性能。

第8章目前与将来的应用（4学时）
8.1 相转换剂
8.2 混合物的分离
1.载体
的杯芳烃纯化
2.C
60
8.3分子传感器
1.电化学传感器
2.光学传感器
8.4开关和分子器件
8.5 超分子催化
1.定向反应和易形变基团
2.提高底物有效浓度
3.过渡态稳定化
8.6 药物
1.核磁共振成像（MRI）造影和抗癌剂
2.环糊精：
3.抗-HIV活性
4.药物设计
本章要求：了解超分子化学在各个领域的研究热点，考查了解超分子化学的一些应用及组装体的前景，包括应用于色谱、新传感器、新催化剂、新药物、甚至创造纳米分子机械等领域的新媒介。

教材或主要参考书目：
1. Supramolecular Chemistry of Anions. Ed. A. Bianchi，K. Bowan-James，E. García-Espańa. John
Wiley and Sons，New York，1997.
2. Macrocyle Synthesis，Ed. D. Parker，牛津出版社，1996
3. The Royal Society of Chemistry ，F. Diederich，Cyclophanes，Cambridge，UK，1991.
4. 超分子化学导论孙小强孟启阎海波中国石化出版社，1997
5. 超分子化学，刘育，尤长城，张衡益，南开大学出版社，2001
大纲起草人：杨秉勤
大纲审定人：史真。