超分子化学综述
什么是超分子化学
什么是超分子化学
超分子化学是一门研究分子之间相互作用、组装和形成的复杂有序且具有特定功能的分子集合体的科学。
它超越了传统分子的概念，涵盖了多种化学物种通过分子间力相互作用缔结而成的具有特定结构和功能的超分子体系。
超分子化学被认为是21世纪化学发展的重要方向，与生命科学、材料科学等领域密切相关。
超分子化学的研究分为两个方向：超分子化学（主-客体化学）和超分子有序组装体化学。
其中，超分子化学主要研究两种或两种以上的分子通过分子间力相互作用结合而成的具有复杂结构和功能的超分子体系。
这种相互作用包括氢键、范德华力、疏水相互作用等。
超分子体系可以表现出独特的物理和化学性质，例如自组装、分子识别、催化等。
环糊精（cyclodextrins）和激光唱盘（CD）是超分子化学中的典型例子。
环糊精是一类具有环状结构的碳水化合物，能够与各种客体分子形成稳定的包合物，实现药物缓释、催化剂固定等功能。
激光唱盘（CD）则是利用分子间的相互作用来实现信息存储和读取的例子。
超分子化学在材料科学、生物学、环境科学等领域具有广泛的应用前景。
例如，在材料科学中，超分子体系可以用于制备具有特定性能的聚合物、液晶、纳米材料等。
在生物学中，超分子化学研究生物体内分子之间的相互作用，有助于揭示生命现象的本质。
在环境科学领域，超分子化学可以为污染治理提供新型方法和技术。
总之，超分子化学是一门跨学科的研究领域，旨在探索分子间的相互作用和组装规律，以实现具有特定结构和功能的超分子体系。
它不仅丰富了化学的基本理论，还为实际应用和创新提供了广阔的空间。
超分子化学简介
7.2 超分子稳定形成的因素
7.2 超分子稳定形成的因素
G = H - TS
能量因素 熵因素
7.2.1 能量因素
7.2.1 能量因素
能量因素：降低能量在于分子间键的形成。
1. van der Waals作用能 是远程相互作用能。Kesoon、Debye和London等人的研究分 别揭示了其中静电能、诱导能和色散能的性质。
作用力：金属离子配位键、静电引力、氢键、范德华相互作用、 给体-受体相互作用。 强度分布：氢键的弱到中等（如酶-底物），到金属离子配位键的 强或非常强（其强度可达到包含很多独立相互作用的抗原抗体作 用强度范围，或更强些）。 超分子物种的热力学稳定性不如分子，但动力学上更易变，具有 动态柔顺性。
超分子化学涉及的是软化学键，代表一门“软化学”。
由常规氢键形成的分立形结构
由常规氢键形成的链状结构
7.2.1 能量因素 由常规氢键形成的层状结构
7.2.1 能量因素
由常规氢键形成的三维网状结构
水分子之间通过O-H---O氢键形成三维网状结构的冰
7.2.2 氢键
DNA的碱基T（胸腺 嘧啶）与A（腺嘌呤） 之 间 有 一 个 N-H---O 和 一个N-H---N氢键
7.1 超分子的概念
超分子化合物中的组分被命名为受体（ ρ ） 和底物（ σ ），底物 通常指被结合的较小部分。一个特定的底物与受体选择性结合后产 生了超分子（ ρσ ）。
如果受体除又结合位点外，还有反应功能，则它可能在被束缚的 底物上产生一化学变化而引起超分子试剂作用。亲油的膜溶性受 体可作为载体使被束缚的底物易位。
识别
自组织 自组装
转换
易位 供能组分
分子/超分子 器件
超分子化学简介
生物医学的应用
基因载体
❖与许多重要蛋白质和生物组装分子的大小及形状很匹配。 ❖PAMAM生理条件下为聚阳离子,且有很好的溶解性，
末端胺基很容易与DNA 中的带负电的磷酸基相互作用。 ❖内部有空腔，促进DNA结合的复合物的稳定性。
Fig. 9 The close dimensional size (nm) of selected proteins to respective generations of [ammonia core]-dendri–PAMAM(NH2)z dendrimer.
❖高密度表面基团经过修 饰，改变水溶性和靶向作 用。
❖毒性较低，通过扩散和 生物降解实现药物释放。
❖分子设计实现生物相溶 性和降解性。
Fig.7 approaches for design of drug delivery systems.
R. Duncan, L. Izzo. Advanced Drug Delivery Reviews. 2005, 57, 2215
（b）金刚烷型
接点 (CH2)6N4 和CBr4
连接棒 N····Br
两套网格互相穿插： (CH2)6N4·CBr4晶体
（c）四方格型
[Ag9(Me2bpbpz)6](CF3SO3)9 晶体中的 [Ag9(Me2bpbpz)6] 9+网格
6.8、应用
1. 相转移
KF不溶于有机溶剂，但溶于冠醚的乙腈溶液，放出F－，使F －置换Cl－反应进行。
主客体系
(host-guest system)
旋转体
(rotaxanes system)
联锁体
(catenanes system)
A
B
化学分子的超分子化学特性
化学分子的超分子化学特性化学是一门研究物质组成、性质及其变化规律的学科，而化学分子则是组成物质基本单位。
化学分子形态、结构和特性的不同，导致了物质的多样性和功能多样化。
在化学领域中，超分子化学是一个重要的分支。
超分子化学是指通过非共价相互作用（如氢键、离子对、范德华力等）来组成大尺寸分子化合物的科学。
超分子化学所研究的对象为分子之间的相互作用，包括分子和电子之间、分子之间以及分子和宏观物质之间等等。
超分子化学的发展和研究使许多化学分子在材料领域中得到了广泛应用。
本文将介绍化学分子的超分子化学特性以及其在材料科学中的应用。
一、分子内超分子化学特性分子内超分子化学特性是指分子内存在非共价键。
分子内非共价键也是有其共性的，包括氢键、π相互作用、范德华力等。
举个例子，同一分子之间的氢键相互作用就是分子内超分子化学特性之一。
氢键是一种电性相互作用，是原子间键合力常数最弱的成分之一，但是它在相重要生物分子间起着决定性的作用。
生物系统中的多肽、核酸分子等都有明显的氢键相互作用，使得它们形成了高度有序的结构，从而对功能和生物学特性产生了影响。
二、分子间超分子化学特性分子间超分子化学特性是指分子间的非共价相互作用。
由于分子间直接接触的面积相对较小，因此，分子间相互作用比分子内相互作用弱。
从而导致分子间的非共价作用更易受到温度、溶剂、结构等条件的影响。
分子间的超分子化学特性包括氢键、范德华力、静电相互作用等。
范德华力是一种引力，分为偶极-偶极相互作用、偶极-诱导作用和诱导-诱导作用。
电子云密度不均匀引起电荷分布不均而产生偶极矩，偶极矩间的相互作用称为偶极-偶极作用，如水和甲醇之间的作用；偶极-诱导作用是由于分子间偶极矩的存在使其中一个分子的电子云被诱导而生成电荷分布不均的偶极矩，称为诱导偶极，从而在这两个分子间产生作用力。
例如，水和非极性分子碳氢化合物之间就存在着偶极-诱导作用；诱导-诱导作用是由于分子间电荷分布不均而产生荷粒分布不均的诱导多极矩（如多极矩、四极矩、六极矩等），使得两分子间具有作用力。
超分子化学介绍
第一章从分子化学到超分子化学（2学时）第一节超分子化学的发展历程超分子化学（Supramolecular Chemistry）根源于配位化学，有人称之为广义配位化学（generalized coordination chemistry），是三十多年来迅猛发展起来的一门交叉学科，它与材料科学、信息科学、生命科学等学科紧密相关，是当代化学领域的前沿课题之一。
这个领域起源于碱金属阳离子被天然和人工合成的大环和多环配体，即冠醚和穴醚的选择性结合。
1967年C.J. Pederson报道了冠醚配位性能的发现，揭开了超分子化学发展的序幕；随后，J.-M. Lehn报道了穴醚的合成和配位性能，这种由双环或三环构成的立体结构比平面冠醚具有更好的对金属离子配位能力；1973年，D. J. Cram报道了一系列具有光学活性的冠醚，可以识别伯胺盐形成的配合物；分子识别的出现为这一新的化学领域注入了强大的生命力，之后它进一步延伸到分子间相互识别和作用，并广泛扩展到其它领域，从此诞生了超分子化学。
超分子化学的概念和术语是在1978年引入的，作为对前人工作的总结和发展。
1987年，Nobel化学奖授予了C.J. Pederson、D. J. Cram和J.-M. Lehn，标志着超分子化学的发展进入了一个新的时代，超分子化学的重要意义也因此被人们更多的理解。
BC自组装自组织从分子化学到超分子化学：分子、超分子、分子和超分子器件第二节超分子化学的定义和分类方法分子化学是基于原子间的共价键，而超分子化学则基于分子间的非共价键相互作用，即两个或两个以上的物质依靠分子间键缔合。
图1.1中简介了从分子化学到超分子化学的基本特征。
1987年，当年的诺贝尔化学奖获得者之一，法国的J. M. Lehn教授在获奖演说中曾为超分子化学作出了如下解释：超分子化学是研究两种以上的化学物种，通过分子间相互作用缔结而成的、具有特定结构和功能的超分子体系的科学。
超分子化学综述
导语：超分子化学是基于冠醚与穴状配体等大环配体的发展以及分子自组装的研究和有机半导体、导体的研究进展而迅速发展起来的，它包括分子识别、分子自组装、超分子催化、超分子器件及超分子材料等方面。
其中分子识别功能是其余超分子功能的基础。
超分子学科的应用主要是围绕它的主要功能－识别、催化和传输来进行开发研究。
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，该学科的研究不仅与各化学分支相结合，又与物理学、信息学、材料科学和生命科学等紧密相关。
在与其他学科的交叉融合中，超分子化学已发展成了超分子科学。
超分子科学涉及的领域极其广泛，它不仅包括了传统的化学(如有机化学、分析化学等)，而且还涉及材料科学、信息科学和生命科学等学科。
由于超分子学科具有广阔的应用前景和重要的理论意义，超分子化学的研究近十多年来非常活跃。
发展：“超分子”一词早在20世纪30年代已经出现，但在科学界受到重视却是50年之后了。
超分子化学可定义为“超出分子的化学”，是关于若干化学物种通过分子间相互作用结合在一起所构成的，具有较高复杂性和一定组织性的整体的化学。
在这个整体中各组分还保持某些固有的物理和化学性质，同时又因彼此间的相互影响或扰动而表现出某些整体功能。
超分子体系的微观单元是由若干乃至许许多多个不同化合物的分子或离子或其他可单独存在的具有一定化学性质的微粒聚集而成。
聚集数可以确定或不确定，这与一分子中原子个数严格确定具有本质区别，把多个组分的基本微观单元聚集成“超分子”的凝聚力是一些(相对于共价键)较弱的作用力。
如范氏力(含氢键)、亲水或憎水作用等。
1967年，Charles Pedersen偶然发现了冠醚这种新型的大分子化合物，十几年后，一个崭新的化学领域——超分子化学终于诞生了。
进入90年代后，Surpramolecular Chemistry杂志的创立说明超分子化学作为化学学科的一个独立的分支，像高分子化学一样，已经得到世界各国化学家的普遍认同。
有机化学中的超分子化学
有机化学中的超分子化学超分子化学是现代有机化学研究领域中的一个重要分支，涉及到由分子间相互作用所形成的结构、性质和功能。
超分子化学的出现，为我们揭示了分子间相互作用的重要性，也为有机化学带来了新的突破和进展。
本文将介绍有机化学中的超分子化学，包括其基本原理、研究方法和应用。
一、超分子化学的基本原理超分子化学的基本原理是基于分子间相互作用的研究，包括分子间的氢键、范德华力、电子转移等相互作用。
这些相互作用可以通过合适的分子设计和选择来实现特定结构的组装和稳定。
超分子化学研究的重点是在高度自组装的体系中设计和构筑功能材料、纳米结构和生物分子。
二、超分子化学的研究方法超分子化学的研究方法包括分子识别、自组装、化学传感和功能材料研究等。
其中，分子识别是超分子化学的基础，通过选择性结合和配位作用，实现对特定分子的识别和分离。
自组装是超分子化学的核心概念，指的是分子通过非共价键的相互作用形成有序结构，如聚集体、纤维等。
化学传感是超分子化学的重要应用之一，通过利用分子间相互作用的变化来实现对特定物质的检测和分析。
功能材料研究则将超分子化学应用于材料科学领域，设计和制备具有特定性能的新材料。
三、超分子化学在有机合成中的应用超分子化学在有机合成中有着广泛的应用。
例如，利用分子识别和自组装原理，可以设计和合成具有特定结构、性质和功能的分子，用于催化反应、分子识别和有机合成。
此外，在有机杂化材料和分子电子领域，超分子化学也发挥了重要作用。
通过有机分子的自组装，可以构筑出具有特定功能和性能的杂化材料，并用于光电器件、传感器和存储材料等方面。
四、超分子化学与生物学的交叉研究超分子化学与生物学之间存在着密切的联系和交叉研究。
例如，在生物大分子的识别、组装和功能等方面，超分子化学提供了重要的思路和方法。
通过设计和合成具有特定结构和功能的超分子化合物，可以模拟生物体系中的分子识别和自组装过程，从而实现对生物过程的理解和仿生研究。
超分子物质的综述与前景展望
超分子物质的综述与前景展望超分子物质是一种新型的材料，拥有许多独特的性质和应用。
这种材料是由分子间的非共价相互作用所构成的结构。
相比于传统材料，超分子物质更加灵活多变，在许多领域都有着广泛的应用前景。
本文将对超分子物质与其应用进行综述，并对未来的发展做出展望。
一、超分子物质的概念和分类超分子物质是由形态、性质、功能各异的原子、离子或分子构成的非共价化合物，由分子间的相互作用形成的结构；其分子基元之间的相互作用包括电荷间作用、范德华作用、氢键作用、静电作用、配位作用等。
常见的超分子物质包括聚集态（Aggregate）、非共价网络（Non-covalent network）和超分子聚合物（Supramolecular polymer），其中聚集态是由分子间的范德华吸引力所形成的，非共价网络是由氢键等强的非共价相互作用所形成的，而超分子聚合物则是由诸如氢键、π－π堆积等弱的非共价相互作用所形成的。
二、超分子物质的应用领域1、医疗领域超分子材料无毒性、生物可降解性，并且具有丰富的结构特性，因此常被用于制备药物载体和生物医学材料，如聚合物、蛋白质、药物等。
此外，超分子材料还可以用于制备仿生材料，如组织工程、人工骨头等。
目前，研究人员已经成功地利用超分子材料制备了多种仿生组织，包括人工心瓣膜、人工角膜、人工血管等。
2、环境领域由于超分子物质具有极高的选择性和识别性，可以用于环境监测、污染治理、固废处理等领域。
例如，超分子材料可以作为吸附材料用于重金属离子和有机物的吸附，还可以用于制备新型的纳米复合吸附材料。
3、能源领域超分子材料在能源领域应用也十分广泛。
例如，制备新型光电材料用于太阳能电池、制备高效催化剂用于氢能等新能源技术的发展。
4、光电领域超分子材料具有极高的光学性能和电学性能，可以用于制备新型有机电子材料。
此外，超分子材料还可以用于制备新型的光学传感器、LED等光电器件。
三、超分子物质的未来发展目前，超分子物质的研究已经成为材料化学领域的热点之一。
超分子化学文献综述
卟啉及金属卟啉化合物的研究进展简介卟啉(Porphyrins)是卟吩(Porphine)外环带有取代基的同系物和衍生总称。
卟啉及金属卟啉化合物广泛存在于动植物中,具有特殊生理活性如血红素、叶绿素、维生素B12、细胞色素P-450等。
由于其分子刚柔性、电子缓冲性、光电磁性和高度的化学稳定性,早在20世纪3人从事卟啉化学的研究,它们现已广泛用作光导体、半导体、超导体催化剂、抗癌药物、显色剂等[1,2]。
近年来,这一有重大科学意义和广泛应用前景的研究领域愈来愈引起无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、材料化学、医学及生物学家的兴趣,有关的交叉学科分支正在形成[3]。
本文对卟啉及金属卟啉化合物的结构、合成应用等方面作一介绍。
1 结构与性质111 结构卟吩环是含四个吡咯环的十六元大环,四个吡咯环之间的碳(5, 10, 15,20) (在Fisher编号法中称为A、B、C、D位置)被称作中位(mesｓ碳,其余8个可被取代的碳称作外环碳。
在A、B、C、D位置上分别接列卟啉, R1~R4可以相同,也可以不同。
卟吩环上R1、R2、R3、R4取代基形成一系没有取代基时近似于平面结构[4],但易受四个位置取代基的影响而变形,如四苯基卟啉(Te-traphenylporphyrins,简称TPP),取代基苯基和分子平面形成一定角度。
若卟啉分子中心四个氮原子质子化,由于质子的空间位阻和静电斥力使吡咯环与分子平面产生偏离,如质子化的四苯基卟啉(H4TPP2+),吡咯环与分子平面偏离33b[5]。
所以金属离子与卟啉发生反应时,有的金属离子可以完全进入卟啉分子平面内,如CuTPP和PdTPP[4]。
而有的金属离子则不能进入卟啉分子中,如在H2OMgTPP配合物中, Mg2+高出分子平面约01027 nm。
112 性质卟啉及金属卟啉都是高熔点、深色的固体,多数不溶于水,但能溶于矿酸而无树酯化作用,溶液有萤光。
不溶于碱,对热非常稳定。
超分子化学
―超分子‖(supramolecular)一词早在20世纪30年代已经出现,但在科学界受到重视却是50年之后了.超分子化学可定义为/超出分子的化学,是关于若干化学物种通过分子间相互作用结合在一起所构成的,具有较高复杂性和一定组织性的整体的化学.在这个整体中各组分还保持某些固有的物理和化学性质,同时又因彼此间的相互影响或扰动而表现出某些整体功能.超分子体系的微观单元是由若干乃至许许多多个不同化合物的分子或离子或其他可单独存在的具有一定化学性质的微粒聚集而成.聚集数可以确定或不确定,这与一分子中原子个数严格确定具有本质区别,把多个组分的基本微观单元聚集成超分子的凝聚力是一些(相对于共价键)较弱的作用力.如范氏力(含氢键)亲水或憎水作用等. 超分子化学的发展特别要提到三个人，Pederson C，Cram D J和Lehn J M，他们分享了1987 年诺贝尔化学奖。
1967 年Pederson 等第一次发现了冠醚。
他原先想合成的是一个非环聚醚(多元醚)，但在纯化过程中分离出极少量产率仅0.4%的丝状有纤维结构并不溶于羟基溶剂的白色晶体。
受好奇心驱使，他进行了深入研究，发现它是一种大环聚醚，即命名为冠醚，它是由于非环聚醚前体与碱金属离子配位结合，阳离子使配体预组织后更有利于环化而形成的。
这可以说是第一个在人工合成中的自组装作用。
Pederson 诺贝尔演说的题目就是―冠醚的发现‖，他提到要是当年忽略了这种并非期待的杂质，他可能就与冠醚失之交臂。
Cram 诺贝尔演说的题目是―分子主客体以及它们的配合物的设计‖。
他受到酶和核酸的晶体结构以及免疫系统专一性的启发，从1950 年代起就想设计和合成较简单的有机化合物，来模仿自然界存在的一些化合物的功能，他认识到高度结构化的配合物是中心，Pederson 的工作一发表，他就意识到这是一个入口，由此开展了系列的主客体化学的研究。
主客体也就是生物学中常采用的受体与基质，它们间的作用是典型的自组装作用。
超分子综述
卟啉对杂环化合物吡喃色烯分子识别的研究综述一、化学科学的研究新领域——超分子化学基本概况超分子化学(supramolecular chemistry)是基于分子间的非共价键相互作用而形成分子聚集体的化学，主要研究分子之间的非共价键的弱相互作用（如氢键、配位键、亲水/疏水相互作用）及它们之间的协同作用而生成的分子聚集体的组装、结构与功能。
在与其它学科（材料科学、生命科学、信息科学、纳米科学与技术等）的交叉融合中，超分子化学已发展成了超分子科学，被认为是21世纪新概念和高技术的重要源头之一。
1.超分子体系的功能冠醚、环糊精和杯芳烃等大环化合物都具有穴状结构，能通过非共价键与离子及中性分子形成超分子，在化学物质分离提纯、功能材料研制及超分子催化方面已表现出了广阔的应用前景，引起了越来越多化学家对它的重视和研究。
超分子体系的主要功能是识别、催化和传输。
1.1分子识别功能所谓分子识别是指主体(底物)对客体(受体)选择性结合并产生某种特定功能的过程，是组装及组装体功能的基础。
分子识别意味着分子结构信息的分子存储和超分子检索，它是在超分子水平上进行信息处理的基础，利用存储于分子基元中的分子信息和分子识别所遵循的程序，按照分子识别活动的规则来操作，可控制分子集合体的生长，又称作程序化的超分子体系。
J. M. Lehn在其诺贝尔奖获奖演讲中指出“分子识别、转换和传输是超分子物种的基本功能”。
这一论述表明分子识别在超分子化学中的核心作用。
分子识别是自然界生物进行信息存储、复制和传递的基础。
例如基因、酶和生物膜的功能都是基于分子识别的原理得以实现的。
以分子识别为基础，研究构筑具有特定生物学功能的超分子体系，对揭示生命现象和过程具有重要意义，并可能给化学研究带来新的突破；同样以分子识别为基础，设计、合成、组装具有新颖光、电、磁性能的纳米级分子和超分子器件，将为材料科学提供理论指导和新的应用体系，为改善人类的生活质量做出重要贡献。
超分子化学简介
规模化生产技术的研发
针对规模化生产中的难题，未来将加大研发力度，寻求高 效的超分子化学规模化生产技术。
理论研究的突破
随着计算科学的不断发展，未来有望在超分子化学的理论 研究方面取得突破，建立更为精确的理论模型来指导实验 研究。
拓展应用领域
超分子化学在药物传输、生物成像、传感器等领域具有广 泛的应用前景，未来将进一步拓展其应用领域，为人类社 会的发展做出更大的贡献。
02
超分子的结构与组装
超分子的结构
分子识别
超分子通过分子间的弱相互作用 力（如氢键、π-π相互作用、范 德华力等）实现识别与组装，形
成有序的超分子结构。
动态性
超分子结构具有动态性，可以在一 定条件下进行可逆的组装与解组装， 实现结构的自适应与调控。
多样性
超分子可以由多种不同的单体分子 组成，形成具有丰富结构和功能的 超分子组装体。
超分子的组装
01
02
03
自组装
超分子通过分子间的弱相 互作用力自发地组装成有 序的结构，无需外界干预。
受控组装
通过外界条件的调控（如 温度、pH值、离子强度 等），实现对超分子组装 过程和结构的控制。
人工设计与构建
通过人工设计和合成特定 功能的单体分子，实现具 有预定结构和功能的超分 子组装体的构建。
详细描述
超分子化学突破了传统分子化学的界 限，将分子间的相互作用和自组装过 程作为研究对象，探索分子间的识别 、组装、传递和调控机制。
特性
总结词
超分子化学具有多样性、动态性和自组织性的特点。
详细描述
超分子体系由多种不同类型的分子组成，通过非共价键相互作用形成复杂的结构 和功能。同时，超分子体系具有动态性，可在外界刺激下发生结构和性质的改变 。此外，超分子体系还能通过自组织过程形成有序的结构和功能。
超分子化学
分子受体设计
设计原则(1)大的接触面积,如空腔,互补.大 环配体受体. (2)刚性与柔性的平衡.a受体的稳定性需要 刚性分子结构b识别过程的变换,调控,协 同作用等需要柔性 (3)氢键的作用在分子识别过程中非常重要 (4)π堆积提供了平面杂环低物的识别 (5)酶催化依赖于配位作用与过渡态的稳定 性
球形识别特点
1.强的作用,如氧对碱金属离子(AC)的作用 2.结构互补,空穴等 3.立体比平面有更强的选择性,二,三,四环 选择性不同
多氮杂、多硫杂配体、过渡金属离子识别
特点：1.配位作用N 、S对过渡金属的配 位，具有更强的选择性
2.结构互补，穴状配合物。谱学，磁学。
3.立体选择性
分子产物中的结构单位，而不等同于反应物的作用基团。
超分子合成子把分子片的化学特征和几何识别特征结合在 一起，即把明确的含蓄的分子间相互作用的内容包含在内。
合成子：用已知的或想象的合成操作所能形 成或组装出来的分子中的结构单位。
超分子合成子：用已知的或想像的、包含分 子间相互作用的合成操作所能形成的超分 子中的结构单位。 利用氢键的识别，设计超分子合成子是超分 子化学的重要内容。
下面列出几个以氢键结合的合成子：
一 些 有 代 表 性 的 超 分 子 合 成 子
分子识别:受体对底物的作用 受体结构储存信息(1)尺寸,形状等(2)构象, 手性(3)结合点性质,电子性质(电荷,极性, 极化力,范德华力)等 识别过程----信息的储存和读取过程
识别条件:受体和底物 (1) 结构互补 (2)作用力互补 (3) 有较大的接触区域 A:多个作用点,B:大区域的强结合 (4)介质效应,疏水,亲水作用 (5)作用力协同作用
分子间的三点作用类型包括氢键，偶极相互
超分子知识点总结
超分子知识点总结超分子化学的基本概念：超分子化学的核心概念是“超分子”。
超分子可以理解为分子的超级集合体，是大于分子大小的非共价聚集体。
这些非共价荷电相互作用包括氢键，范德华力、静电相互作用等，这些是分子间相互作用主要形式。
超分子系统不仅包括简单的由两个分子组成的复合物，还包括由一系列分子组成的大规模结构。
超分子化学的研究内容：1. 分子识别和分子识别性质：超分子化学最基本的研究内容是分子识别和分子识别性质。
分子之间的特殊相互作用可以使得它们在一定的条件下能够识别、绑定特定的分子。
这对于生物体系的正常功能以及药物的研究和设计具有非常重要的意义。
2. 超分子组装：超分子组装是超分子化学的一个重要方面，它研究的是一系列分子间的特殊相互作用如何自组装形成有序结构和功能。
3. 超分子结构：超分子化学的研究还包括超分子结构，也就是超分子组装后形成的各种形态的结构。
4. 超分子材料：超分子化学研究也涉及超分子材料，这是利用超分子结构构建的具有特殊性能的材料，比如光电材料、传感材料、晶体材料等。
超分子化学的应用：超分子化学在材料科学、有机化学、生物化学、医学、纳米科学等领域都有着广泛的应用。
其中最典型的应用之一是在药物设计和生物医学领域。
超分子化合物的自组装特性被广泛地应用在药物的传递和释放、药物靶向以及生物成像等方面。
另外，超分子化合物的自组装也为纳米材料的制备提供了新的思路和方法。
总之，超分子化学是分子化学的延伸和发展，是非常具有前沿性和挑战性的研究领域。
随着纳米科学和材料科学的快速发展，超分子化学的理论和应用将会得到更深入的发展和应用。
超分子体系的自组装、分子识别和分子识别性质、超分子结构和超分子材料等方面的研究将会带来更多新的发现和应用。
超分子化学简介.ppt
24.62 34.57 30.35 25.33
12
冠醚对碱金属离子的识别
冠醚的空腔直径和碱金属离子的体积是否匹配有关
冠醚 12-c-4 15-c-5 18-c-6 21-c-7 24-c-8
内腔直径/pm 120~150 170~190 260~320 340~430 >400
阳离子 Li+
Na+ K+ Rb+ Cs+
28
通过氢键Dendrimer的自组装
29
通过静电作用Dendrimer的自组装
30
不规整、不完善分子的自组装
31
金属体系的自组装
1.金属离子和有机或无机物形成的超分子体系。 2.有机金属化合物自身形成的超分子体系。 3.有机金属化合物作为主体形成的超分子体系。 4.有机金属化合物作为客体形成的超分子体系。 5.含有金属的多组分自组装体系。
实际上超分子体系的研究已不限于化学的范畴, 而是与生物、物理、生命科学、材料、信息及 环境等学科交织在一起, 形成了“超分子科 学”。
8
分子识别（recognization)
识别：指给定受体与底物选择性结合并产生某些特定 功能的过程。（这种选择性是指分子间特殊、专一的 相互作用）
分子识别：发生在分子间的识别过程。 位点识别：发生在实体局部间的识别过程。
1
分子间作用力
组成超分子的分子间作用力：
氢键，范德华力，静电作用，配位键的作用，疏水亲脂 作用力，芳香堆积等. 正是通过以上分子间作用力的协同作用而形成了超分子
分子间作用力（非共价键力）属于弱相互作用，那怎么能 结合成这种稳定、有序的实体呢？
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分子间作用力的协同作用
超分子化学的研究现状与展望
超分子化学的研究现状与展望超分子化学是现代化学中的重要分支之一，它的研究对象是分子间的非共价作用，如氢键、范德华力、电荷转移等，以及这些作用所形成的三维结构与功能。
超分子化学是化学研究的重要前沿，其研究成果不仅对化学行业具有重要意义，而且在生物、医药、材料等领域也有着广泛的应用前景。
一、超分子化学的研究现状1、超分子自组装技术超分子自组装技术是超分子化学的核心技术之一。
通过自组装技术，可以将分子装配成各种形状和结构的超分子体系，如微胶囊、大分子粒子、纳米管、超级晶体等。
这种技术广泛应用于生物医学、光电材料、聚合物等领域，具有重要的科研价值和广阔的应用前景。
2、超分子催化技术超分子催化技术是利用超分子化学原理设计催化剂以达到高活性和选择性的目的。
超分子催化技术在合成有机化学、环境保护和能源领域等有广泛的应用。
例如，应用超分子催化剂合成高附加值的有机化合物，提高产品的纯度和收率。
3、超分子光化学技术超分子光化学技术是利用超分子化学原理设计光化学反应的反应体系和控制光学性质的方法。
这种技术应用于制备光电转换材料、制备光触媒等领域有着广泛的应用前景。
通过超分子光化学技术合成新型光触媒来降解环境污染物，是实现清洁能源和清洁环境的一种有效手段。
4、超分子材料设计超分子材料设计是通过超分子自组装技术设计和合成具有特定功能和性质的材料。
超分子材料包括晶体材料、液晶材料、高分子材料等。
超分子材料的研究成果已经得到了广泛的应用，如超级材料、药物传递、离子传导体等。
二、超分子化学的研究展望1、超分子材料在温度敏感和pH敏感控释领域的应用超分子材料在温度敏感和pH敏感控释领域的应用有着广泛的应用前景。
例如，通过控制温度，设计出聚合物材料，会发生微小的相变而改变其材料性质，从而实现对药物的控制释放。
此外，超分子材料在医药领域的应用也是一个具有发展前景的方向。
2、超分子催化领域的应用超分子催化领域也是超分子化学的重要应用方向之一。
论无机化学中的超分子
论无机化学中的超分子无机化学是化学的重要分支之一，它主要研究物质的组成、结构及其变化的规律。
而超分子化学，则是无机化学中的一个重要分支，它主要研究分子间的相互作用以及在此基础上形成的超分子结构。
超分子化学的研究范畴非常广泛，涵盖了化学、物理、生物、材料等多个学科领域。
其中，无机超分子化学是一个非常有意义的研究方向，它既可以为无机材料的设计合成提供新的思路和方法，也可以为生物无机化学提供重要的指导。
一、超分子结构的形成无机超分子结构的形成通常是通过分子间的非共价相互作用来实现的。
这些相互作用包括静电相互作用、范德华相互作用、氢键相互作用等。
基于这些相互作用，可以形成一系列不同类型的超分子结构，包括聚集体、荧光探针、模拟酶等。
除了通过分子间相互作用来形成超分子结构外，还可以通过控制反应过程中的条件来实现超分子结构的形成。
例如，可以通过调整温度、pH值、反应物浓度等因素来控制反应的进行过程，从而获得不同类型的无机超分子结构。
二、超分子结构的应用无机超分子结构具有广泛的应用前景。
其中，有一些比较典型的应用方向包括：1、分子识别和分离。
超分子结构具有良好的选择性和可逆性，可以用来识别不同分子之间的差异，并且还可以用来进行分子的分离和纯化。
2、催化反应。
超分子结构中的活性位点可以提高催化剂的催化效率和选择性，从而用于催化反应。
3、荧光探针。
一些无机超分子结构具有荧光性能，可以用于荧光探针的研究和应用。
4、光电材料。
无机超分子结构中的电荷转移和电子传递现象对于光电转换性能的提升具有重要作用。
三、超分子化学的未来发展随着新材料、新研究方法的不断涌现，无机超分子化学研究领域也在不断发展。
未来，无机超分子化学的发展方向主要包括以下几个方面：1、多功能超分子结构的设计合成。
无机超分子结构可以通过改变化学成分、结构等方面来实现多功能性，从而扩展其应用范围。
2、超分子结构的自组装。
自组装是一种快速、简单且普遍适用的制备技术，通过控制反应条件来实现无机超分子结构的自组装具有重要意义。
无机化学中的超分子化学研究
无机化学中的超分子化学研究超分子化学是无机化学的一个重要分支领域，它研究的是由分子通过非共价相互作用形成的稳定结构单元以及它们之间的相互作用。
这些非共价相互作用包括氢键、离子键、范德华力和π-π堆积等。
超分子化学的研究不仅拓展了我们对分子间相互作用的理解，而且为构建具有特殊功能的超分子结构和材料提供了新的途径。
超分子化学的研究不仅可以帮助我们理解生物体系中许多重要的生物过程，还可以为设计和合成新型的功能材料提供依据。
例如，生物体系中许多关键的生物分子（如蛋白质、核酸和多糖）都是超分子结构，其功能往往依赖于分子间的非共价相互作用。
通过研究这些生物分子的结构和相互作用，可以揭示生物体系中的生物过程机理，并为设计新型的药物和生物传感器等提供启示。
除了生物体系，超分子化学还可以在材料科学和催化领域发挥重要作用。
通过合理设计和合成具有特殊结构和功能的超分子材料，可以实现一系列重要的应用，如分离纯化技术、催化剂设计和应用、光电材料和传感器等。
例如，一些纳米材料以及分子筛等都属于超分子材料，它们具有特殊的孔结构和高比表面积，可以用于催化、吸附和分离等方面。
近年来，超分子化学的研究取得了许多重要的进展。
其中一个重要的研究方向是设计和合成具有自组装能力的分子和功能材料。
自组装是指分子在适当条件下通过非共价相互作用自发形成有序的结构或组装体的过程。
通过合理设计分子的结构和功能基团，可以使其在适当的条件下发生自组装，并形成稳定的超分子结构。
这种自组装过程不仅可以用于合成新型的纳米结构和材料，还可以模拟和研究生物体系中的自组装过程，从而启示和揭示生物体系中的重要生物过程。
另一个重要的研究方向是设计和合成具有特定功能的超分子结构和材料。
通过合理设计分子的结构和功能基团，可以使其在适当的条件下形成具有特殊功能的超分子结构和材料。
这些功能可能包括分子识别、分子诱导、分子传感和光电性质等。
这些具有特殊功能的超分子结构和材料可以应用于药物传递、光催化、光电器件和生物传感等方面。
化学中的超分子化学及其应用
化学中的超分子化学及其应用超分子化学作为现代化学中的重要分支，已经有了广泛的应用。
它研究的是由化学键以外的相互作用所形成的结构。
超分子化学研究了各种领域的超分子体系，例如化学反应体系，电化学体系，生物体系和材料体系。
本文将介绍超分子化学的基本概念、超分子化学的主要相互作用力以及超分子化学在生物、材料和电化学等领域中的应用。
超分子体系超分子体系是由多个小分子（通常是分子量小于1000）的相互作用形成的，它们通常是通过非共价相互作用、如氢键、范德华力、静电作用、亲疏水相互作用等特殊性质来形成的。
通过这些相互作用，超分子体系具有自组装、识别和反应等特性。
由于这些特异性，超分子体系的性质不仅取决于其成分，还取决于它们之间的相互作用。
超分子化学的相互作用力在超分子化学中，相互作用力是非常重要的。
以下是超分子化学中的主要相互作用力。
1. 氢键氢键是超分子化学中最重要的相互作用之一。
它起源于氢原子与其他原子或分子中的非键电子对进行相互作用。
由于其高度方向性和强烈的相互作用力，氢键在自组装和分子识别中起着重要作用。
2. 范德华力范德华力包括分子间的分散力和瞬时偶极-瞬时偶极相互作用力。
它们是所有物质之间基本的相互作用力。
作为非共价相互作用中最弱的一种，范德华力的重要性在超分子化学中往往被低估。
然而，许多超分子体系中的稳定性正是由分子间范德华相互作用力造成的。
3. 静电作用静电相互作用是由电荷间的相互作用引起的。
当两个分子间存在正负电性差异时，它们之间的吸引力和排斥力就变得非常重要。
静电相互作用可以影响超分子体系中的相互作用和识别，例如蛋白质与DNA之间的相互作用。
超分子化学在生物学中的应用超分子化学在生物学中有广泛的应用。
例如，在细胞中，多聚体复合物由许多蛋白质分子组成，而这些分子又通过强烈的相互作用力相互结合。
超分子化学的研究为生物学家提供了重要的工具，以了解蛋白质、脂类、核酸等生物大分子自组装和识别机理，并揭示了大分子结构和功能之间的关系。
超分子化学的定义
超分子化学的定义
超分子化学的定义
超分子化学是一门研究以分子结合为基础的物理、化学和生物学研究的学科，它将分子结合技术用于进行分子设计和组装、分子表征、分子结构调控和分子功能化等研究。
超分子化学技术的特点在于，它能够有效地将小分子组装成更大的结构，从而实现分子结构调控和分子功能化。
超分子化学可以被概括为将分子结合技术用于研究分子结构、特性、组装及其行为的学科。
它的研究范围包括分子结构的探索和调控，分子的合成、表征和行为，以及分子组装的合成、表征和行为等。
超分子化学的研究方法和技术具有跨学科特性，它主要是利用分子结合反应来调控分子结构，以及利用分子组装和表面等技术来实现分子功能化，这些技术可以用于生物、材料、能源和其他领域的研究。
超分子化学研究的最终目标是通过控制分子结构和行为，从而让分子具有更复杂的功能，并且能够在自然界中更好地扮演其作用。
超分子化学的研究也为许多材料和分子的设计提供了新的思路，为人类社会带来了新的技术和应用。
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超分子化学期末论文（设计）题目：超分子化学简介及应用学院：化学与化工学院专业：材料化学班级：材化101 班学号： 1 0 0 8 1 1 0 0 2 4学生姓名：***指导教师：***2013年12月10日贵州大学本科毕业论文（设计）诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。
毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。
特此声明。
论文（设计）作者签名：日期：目录摘要： (1)关键字： (1)Abstract: (1)Keywords: (1)第一章.前言 (1)第二章.超分子化学的理论基础 (2)第三章.超分子化合物的分类 (2)3.1杂多酸类超分子化合物 (2)3.2 多胺类超分子化合物 (3)3.3 卟啉类超分子化合物 (3)3.4 树状超分子化合物 (3)3.5 液晶类超分子化合物 (3)3.6 酞菁类超分子化合物 (4)第四章.超分子化合物的特性 (4)4.1 超分子的自组装 (4)4.2 超分子的自组织 (5)4.3 超分子的自复制 (5)第五章.超分子化学的应用 (6)5.1、在高科技涂料中的应用 (6)5.2、在手性药物识别中的应用 (6)5.3、在油田化学中的应用[1] (7)5. 4、超分子化合物作为分子器件方面的研究 (7)5. 5 超分子化合物在色谱和光谱上的应用 (7)5. 6 超分子催化及模拟酶的分析应用 (8)5. 7 在分析化学上的应用 (8)第六章.结语 (8)第七章.文献资料 (9)超分子化学简介及应用摘要：超分子化学是化学领域一个崭新的学科分支，本文综述了超分子理论基础分的有关内容、超分子化学的分类及超分子的应用前景，并指出了超分子化学对科学理论研究的重要意义和广阔的应用前景。
关键字：超分子化学分类应用领域Abstract: Supramolecular chemistry is a new field of chemistry discipline branch, the paper summarizes the relevant contents of supramolecular theoretical basispoints, over the prospect of molecular classification and application ofsupramolecular chemistry, supramolecular chemistry and pointed out theimportance of a scientific theory significance and broad application prospects.Keywords: supramolecular chemistry classification applications第一章·前言“超分子”一词早在20世纪30年代已经出现，但在科学界受到重视却是50年之后了。
超分子化学可定义为“超出分子的化学”，是关于若干化学物种通过分子间相互作用结合在一起所构成的，具有较高复杂性和一定组织性的整体的化学。
在这个整体中各组分还保持某些固有的物理和化学性质，同时又因彼此间的相互影响或扰动而表现出某些整体功能[1]。
超分子体系的微观单元是由若干乃至许许多多个不同化合物的分子或离子或其他可单独存在的具有一定化学性质的微粒聚集而成。
聚集数可以确定或不确定，这与一分子中原子个数严格确定具有本质区别，把多个组分的基本微观单元聚集成“超分子”的凝聚力是一些(相对于共价键)较弱的作用力。
如范氏力(含氢键)、亲水或憎水作用等。
1967年，Charles Pedersen偶然发现了冠醚这种新型的大分子化合物，十几年后，一个崭新的化学领域——超分子化学终于诞生了。
进入90年代后，Surpramolecular Chemistry杂志的创立说明超分子化学作为化学学科的一个独立的分支，像高分子化学一样，已经得到世界各国化学家的普遍认同。
在国内，一些高校和科研机构已做了相当多的工作，说明超分子化学正在迅猛发展。
超分子化学主要研究超分子体系中弱相互作用、基元结构的设计和合成、体系的分子识别和组装、体系组装体的结构和功能及超分子材料和器件等。
超分子化合物是由主体分子和1 个或多个客体分子之间通过非价键作用而形成的复杂而有组织的化学体系。
主体通常是富电子的分子，可作为电子给体，如碱、阴离子、亲核体等。
而客体是缺电子的分子，可作为电子受体(A)，如酸、阳离子、亲电体等。
超分子化学和配位化学同属于授受体化学，超分子体系中主体和客体之间不是经典的配位键，而是分子间的弱相互作用，大约为共价键的5%~~10%。
因此可认为，超分子化学是配位化学概念的扩展。
第二章·超分子化学的理论基础超分子体系的微观单元是由若干乃至许许多多个不同化合物的分子或离子或其他可单独存在的具有一定化学性质的微粒聚集而成。
聚集数可确定或不确定，这与一分子中原子个数严格确定具有本质区别。
超分子形成不必输入高能量，不必破坏原来分子结构及价健，主客体间无强化学键，这就要求主客体之间应有高度的匹配性和适应性，不仅要求分子在空间几何构型和电荷，甚至亲疏水性的互相适应，还要求在对称性和能量上匹配。
这种高度的选择性导致了超分子形成的高度识别能力。
如果客体分子有所缺陷，就无法与主体形成超分子体系。
由此可见，从简单分子的识别组装到复杂的生命超分子体系，尽管超分子体系千差万别，功能各异，但形成基础是相同的，这就是分子间作用力的协同和空间的互补。
这些作用力的实质是永久多极矩、瞬间多极矩、诱导多极矩三者之间的相互作用，相应的能量项可分别称为库仑能、色散能和诱导能。
这些弱相互作用还包括疏水亲脂作用力、氢键力、3作用的协同性、方向性和选择性决定着分子与位点的识别。
经过精心设计的人工超分子体系也可具备分子识别、能量转换、选择催化及物质传输等功能，其中分子识别功能是其他超分子功能的基础。
第三章·超分子化合物的分类3.1杂多酸类超分子化合物杂多酸是一类金属一氧簇合物，一般呈笼型结构，是一类优良的受体分子，它可以与无机分子、离子等底物结合形成超分子化合物。
作为一类新型电、磁、非线性光学材料极具开发价值[7]，有关新型Keg-gin和Dawson型结构的多酸超分子化合物的合成及功能开发日益受到研究者的关注。
杜丹等[8]合成了Dawson型磷钼杂多酸对苯二酚超分子膜及吡啶Daw-son型磷钼多酸超分子膜修饰电极，发现该膜电极对抗坏血酸的催化峰电流与其浓度在0.35～0.50mol/L范围内呈良好的线性关系。
毕丽华等[8]合成了多酸超分子化合物，首次发现了杂多酸超分子化合物溶于适当有机溶剂中可表现出近晶相液晶行为。
3.2 多胺类超分子化合物由于二氧四胺体系可有效地稳定如Cu(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)等过渡金属离子的高价氧化态，若二氧四胺与荧光基团相连，则光敏物质荧光的猝灭或增强就与相连的二氧四胺配合物与光敏物质间是否发生电子转移密切相关，即通过金属离子可以调节荧光的猝灭或开启，起到光开关的作用。
大环冠醚由于其自组装性能及分子识别能力而引起人们广泛的重视。
近来，冠醚又成为在超分子体系中用于建构主体分子的一种重要的建造单元。
李晖等[9]利用了冠醚分子的分子识别能力及蒽醌分子的光敏性，设计合成了一种新的氮杂冠醚取代蒽醌分子，并以该分子作为主体分子，以稀土离子作为客体构成超分子体系，并研究了超分子体系内的能量转移过程。
3.3 卟啉类超分子化合物卟啉及其金属配合物、类似物的超分子功能已应用于生物相关物质分析，展示了更加诱人的前景，并将推动超分子络合物在分析化学中应用的深入开展。
3.4 树状超分子化合物树状大分子(dendrimer)是20世纪80年代中期出现的一类新的合成高分子。
薄志山等[18]首次合成以阴离子卟啉作为树状分子的核，树状阳离子为外层，基于卟啉阴离子与树状阳离子之间静电作用力来组装树状超分子复合物。
镧系金属离子(Ln3+)如Tb3+和Eu3+的发光具有长寿命(微秒级)、窄波长、对环境超灵敏性等特点，是一种优良的发光材料，但镧系金属离子在水溶液中只有很弱的发光。
3.5 液晶类超分子化合物侧链液晶聚合物具有小分子液晶和高分子材料的双重特性，晏华在《超分子液晶》[11]中详细讨论了超分子和液晶的内在联系，探讨了超分子液晶分子工程和超分子液晶热力学。
李敏等从分子设计的角度出发，合成了以对硝基偶氮苯为介晶基团的丙烯酸类液晶聚合物，液晶基元上作为电子受体的硝基和作为电子给体的烷氧基可与苯环、N-N之间形成一个离域的π电子体系。
初步的研究表明：电晕极化制备的该类聚合物的取向膜具有二阶非线性光学性质。
3.6 酞菁类超分子化合物田宏健等[13]合成了带负电荷取代基的中位四(4′-磺酸基苯基)卟啉及锌络合物和带正电荷取代基2,9,16,23 四[(4′-N,N,N三甲基)苯氧基]酞菁季铵碘盐及锌络合物，并用Job 氏光度滴定的方法确定了它们的组成，为面对面的杂二聚体或三明治式的杂三聚体超分子排列。
发现在超分子体系中卟啉与酞菁能互相猝灭各自的荧光，用纳秒级的激光闪光光解技术观察到卟啉的正离子在600～650 nm和酞菁负离子自由基在550～600 nm的瞬态吸收光谱。
结果表明在超分子体系中存在分子间的光诱导电子转移过程第四章·超分子化合物的特性4.1 超分子的自组装自组装通常涉及一个主体和一个或多个客体，沿用生物学中的术语，前者即受体，后者为基质。
当自组装成超级分子时，较大的受体的结合位通常是会聚的，被结合的较小基质的结合位则是发散的，两者在电子性能和几何空间上互补。
在生物过程中，基质和蛋白质受体的结合，酶反应中的锁钥关系，蛋白质-蛋白质络合物的组装，免疫抗体抗原的结合，分子间遗传密码的读码翻译和转录，神经递素诱发信号，组织的识别等，都涉及这种自组装作用。
超分子化学不仅研究自然界中现实的自组装作用，还要人工合成具有这种作用的组装体。
在形成组装体时，最基本的功能是分子的识别、转化和移位。
（1）分子识别分子识别(molecular recognition)是主体(或受体)对客体(或底物)选择性结合并产生某种特定功能的过程。
它是不同分子间的一种特殊的、专一的相互作用,既满足相互结合的分子间的空间要求,也满足分子间各种次级键力的匹配,体现出锁和钥匙原理[6]在超分子中,一种接受体分子的特殊部位具有某些基团,正适合与另一种底物分子的基团相结合。
当接受体分子和底物分子相遇时,相互选择对方,一起形成次级键;或者接受体分子按底物分子的大小尺寸,通过次级键构筑起适合底物分子居留的孔穴的结构[7]。