超分子化学讲稿
超分子化学的基本原理与应用
超分子化学的基本原理与应用超分子化学是一门研究分子之间相互作用及其在化学、生物学和材料科学等领域中的应用的学科。
它以分子为基本单位，关注分子之间的相互作用及其在自组装、催化、分离等方面的应用。
本文将介绍超分子化学的基本原理和一些典型的应用。
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之间的非共价相互作用，包括氢键、范德华力、离子-离子相互作用、π-π相互作用等。
这些相互作用力可以使分子自发地组装成各种结构，形成超分子体系。
超分子体系的稳定性和功能性取决于分子之间的相互作用强度和方向性。
二、超分子化学的应用1. 自组装自组装是超分子化学的核心概念之一。
通过调控分子之间的相互作用，可以使分子自发地组装成特定的结构，如螺旋、纳米管、微胶囊等。
这些自组装体具有特殊的性质和功能，可以应用于药物传递、纳米材料制备等领域。
2. 分子识别超分子化学的另一个重要应用是分子识别。
通过设计合适的受体分子，可以选择性地与特定的靶分子发生相互作用，实现分子的识别和分离。
这种分子识别技术在生物医学领域中具有重要的应用潜力，可以用于疾病的早期诊断和药物的靶向传递。
3. 催化超分子化学在催化领域也有广泛的应用。
通过设计合适的配体分子，可以形成稳定的配位化合物，从而实现对底物的选择性催化。
这种超分子催化技术在有机合成和环境保护等方面具有重要的意义。
4. 分离技术超分子化学在分离技术中也发挥着重要的作用。
通过设计合适的分子识别剂，可以实现对混合物中特定组分的选择性吸附和分离。
这种分离技术在化学工业中具有广泛的应用，可以用于废水处理、有机物的纯化等方面。
5. 功能材料超分子化学在功能材料领域也有广泛的应用。
通过调控分子之间的相互作用，可以制备出具有特殊性质和功能的材料，如光电材料、传感材料等。
这些功能材料在能源、光电子等领域中具有重要的应用潜力。
三、超分子化学的前景超分子化学作为一门交叉学科，正在不断发展和壮大。
随着人们对分子间相互作用的深入研究和对功能材料需求的增加，超分子化学在化学、生物学和材料科学等领域中的应用前景广阔。
超分子化学
例3: 三苯基磷磺酸钠盐环糊精组装
三苯基磷磺酸单钠盐和
β- 环糊精相互作用，三 苯基磷磺酸钠盐被作为客体和环糊精发生了自组 装．
6、 超分子研究的基本问题
目前超分子化学研究涉及的核心问题是各种弱相互作 用的方向性和选择性如何决定分子间的识别及分子的 组装性质。其中包括更基本的科学问题，如弱相互作 用的本质是什么，它们之间的协同效应如何进行等等。 要解决这些问题则： (a)强理论研究，可以进一步认识弱相互作用的本质及 规律； (b)和通过组装与识别相互作用来构造高级结构、设计 功能器件及分子机器要加强研究。
自组装技术的重要作用主要体现在以下几方面：
(a)在合成材料或制备功能体系时，科技工作者可以在更广的 范围内选择原料； (b)自组装材料的多样性，通过自组装可以形成单分子层、膜、 囊泡、胶束、微管以及更为复杂的有机/无机、生物/非生物 的复合物等其多样性超过其他方法所制备的材料； (C)多种多样、性能独特的自组装材料将被广泛应用在光电子、 生物制药、化工等领域，并对其中某些领域产生未可预知的 促进作用； (d)自组装技术代表着一类新型的加工制造技术，对电子学等 有很大的促进作用。
3、超分子的结构化学
(1) 能量降低因素 超分子体系和其他化学体系一样，由分子形成稳 定超分子的因素，在不做有用功能时，可从热 力学自由焓的降低(△G<0)来理解： △G= △H－T△S △H为焓变，代表降低体系能量的因素； △S为体系熵增的因素
分子聚集在一起，依靠分子间的相互作用力，客体 间通过非共价键缔合作ห้องสมุดไป่ตู้形成。 主客体间的相互作用方式主要有以下几种，同时也 是降低超分子体系能量的主要因素：
分子识别主要为离子客体识别和分子客体 识别，依靠非共价键的分子作用力。
《超分子化学第三章》课件
2
自组装过程
自组装过程经历核化、生长和成熟三个阶段，形成稳定的超分子结构。
3
自组装应用
自组装技术可用于制备纳米材料、药物传递系统等领域。
分子识别
分子识别原理
超分子化学通过非共价相互作 用使分子识别成为可能，如手 性识别和配体-受体识别。
分子识别应用
分子识别在药物设计和环境监 测等领域中具有重要的应用价 值。
分子印迹技术
分子印迹技术可用于选择性吸 附、分离和传感等方面。
超分子主机-客体化合物
主体与客体
超分子主体和客体通过非共价相互 作用形成稳定的化合物，如受体配体和包合物。
胶囊化合物
胶囊化合物具有空腔结构，可用于 分子识别和催化反应等方面。
纳米材料
通过自组装方式制备的超分子纳米 材料具有特殊的物理和化学性质。
《超分子化学第三章》 PPT课件
本课件将介绍超分子化学的核心概念和基本原理，以及其在化学领域中的应 用。精彩内容等待你的发现！
超分子概念概述
超分子化学研究分子之间的非共价相互作用及其所导致的物化性质和功能。 它包括超分子自组装、分子识别、超分子主机-客体化合物等。
超分子自组装
1
非共价相互作用
通过氢键、范德华力等非共价相互作用驱动分子自组装形成有序结构。
2
应用领域
超分子材料应用于传感器、储能、光电器件等领域，具有巨大的应用前景。
3
可控组装
通过可控组装实现超分子材料的设计和构筑，实现特定功能和性能。
总结和展望
超分子化学是一门富有创新和发展潜力的交叉学科，将为材料科学、生物医 药等领域带来新的突破。
超分子催化
1 催化原理
超分子催化通过提供合适的环境和选择性，加速化学反应的进行。
高中化学选择性必修二教案讲义：超分子(教师版)
超分子1．了解超分子的概念、结构、性质。
2．了解超过分子的存在与应用，能举例说明物质在超分子等不同尺度上的结构特点对物质性质的影响。
一、超分子1.定义由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体。
2.存在形式超分子定义中的分子是广义的，包括离子。
3.微粒间作用力—非共价键：超分子内部分子之间通过非共价键结合，主要是静电作用、范德华力和氢键、疏水作用以及一些分子与金属离子之间形成的弱配位键。
4.分子聚集体的大小：超分子这种分子聚集体，有的是有限的，有的是无限伸展的。
二、超分子特征1、分子识别：通过尺寸匹配实现分子识别。
2、自组装：超分子组装的过程称为分子自组装（Molecular self-assembly)，自组装过程（Self-organization)是使超分子产生高度有序的过程。
三、超分子的应用1、应用（1）在分子识别与人工酶、酶的功能、短肽和环核酸的组装体及其功能等领域有着广阔的应用前景。
（2）超分子化学的发展不仅与大环化学（冠醚、穴醚、环糊精、杯芳烃、C60等）的发展密切相连，而且与分子自组装（双分子膜、胶束、DNA双螺旋等）、分子器件和新兴有机材料的研究息息相关。
2、应用实例(1) “杯酚”分离C60和C70：杯酚与C60通过范德华力相结合，通过尺寸匹配实现分子识别。
向C60和C70的混合物中加入一种空腔大小适配C60的“杯酚”,再加入甲苯溶剂，溶解未装入“杯酚”的C70，过滤后分离C70；再向不溶物中加入氯仿，溶解“杯酚”而将不溶解的C60释放出来并沉淀。
(2)冠醚识别碱金属离子：冠醚是皇冠状的分子，有不同大小的空穴，能与正离子，尤其是碱金属离子络合，并随环的大小不同而与不同的金属离子络合，利用此性质可以识别碱金属离子。
冠醚环的大小与金属离子匹配，将阳离子以及对应的阴离子都带入有机溶剂，因而成为有机反应中很好的催化剂。
(3)细胞和细胞器的双分子膜：细胞膜的两侧都是水溶液，水是极性分子，而构成膜的两性分子的头基是极性基团而尾基是非极性基团。
超分子化学概述
超分子化学概述# 超分子化学概述同学们，今天咱们来聊聊超分子化学这个很有趣的领域。
不过在这之前，咱们得先复习一些基础的化学概念，这样才能更好地理解超分子化学哦。
一、化学键咱们先来说说化学键吧。
你们可以把化学键想象成原子之间的小钩子，这些小钩子把原子们紧紧地连在一起，就像搭积木一样，让原子组成各种各样的分子。
这里面有两种特别重要的键，一个是离子键，一个是共价键。
离子键呢，就好比带正电和带负电的原子像超强磁铁一样吸在一起。
比如说氯化钠（NaCl），钠原子（Na）很容易失去一个电子变成带正电的钠离子（Na⁺），而氯原子（Cl）很容易得到一个电子变成带负电的氯离子（Cl⁻），这一正一负就像磁铁的南北极，吸得死死的，这就是离子键。
共价键呢，是原子们共用小钩子连接起来的。
就像两个人共同拉着一个小钩子，谁也不放手。
比如说氢气（H₂），两个氢原子（H）各拿出一个小钩子（电子）来共用，这样就形成了共价键，让两个氢原子紧紧地结合在一起成为氢气分子。
二、化学平衡化学平衡这个概念就像一场拔河比赛。
反应物和生成物就像是两队人在拔河。
一开始的时候，可能反应物这边人多力量大，反应就朝着生成生成物的方向进行得比较快，这就好比拔河比赛开始时，一方被另一方拉着走。
但是呢，随着反应的进行，生成物这边的力量也慢慢变强了，因为生成物的浓度在增加。
最后就会达到一种状态，就是反应物这边拉的速度和生成物这边拉回来的速度相等了，就像拔河比赛两队人都拉不动了，这时候反应就达到了平衡状态，反应物和生成物的浓度都不再变化了。
三、分子的极性分子的极性这个事儿啊，咱们可以把分子想象成一个个小磁针。
比如说水（H₂O），它就是个极性分子。
水的形状像个“V”字，氧原子（O）在中间，氢原子（H）在两边。
氧原子就像小磁针的南极，它比较吸引电子，所以带负电，氢原子就像小磁针的北极，相对带正电。
但是像二氧化碳（CO₂）就不一样了，它是直线对称的分子。
就像两个人拉着一根直直的绳子，两边是对称的。
超分子化学简介详解演示文稿
π-π堆积作用是一种弱静电相互作用，通常发生于芳环之间或石 墨层分子的六元环之间，强度在1~50kJ·mol-1。
实例：石墨层状分子之间的面对面堆积，一层六元环的中心对着另 一层六元环的顶；DNA的同一条链的相邻碱基之间也有类似的堆积：
第二十七页，共60页。
芳环之间的π-π堆积有面对面和边对面两种形式
分子识别是主体与客体相互选择的过程，并通过络合点发生作用。主 体提供的腔径的大小和形状应与客体相吻合，主体络合点的类型、数量、 分布应与客体结合点尽可能互补和匹配，即，带有相反电荷的基团以静电 作用吸引，氢键给体与受体在条件许可时尽可能形成氢键，平行接近的芳
环之间以π-π堆积，疏水基团相互接近，等等。
与同事们制造了树状大分子：从一个启动核心分子的活性位点 开始，接上第一种单体作为“树干”，在树干的活性位点上再 接上第二种单体。交替重复后两步，就能使分枝指数式发展， 直到容纳不下更多的单体为止，形成一种球状分子。由于这类 分子具有非常有规律的、可预测的生长模式，不但能操控其内 部特性，而且能操控其外表面特性。
i+4 个 氨 基 酸 残 基
的肽键氮氢之间形
成 的 N-H---O 氢 键 。
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我相信，当结构化学方法 进一步被应用到生理问题上时 ，人们将会发现氢键在生理学 上的意义比其他任何一个结构 特点都大。
———Pauling 《化学键的本质》
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Cl在一定条件下也能参与形成氢键，例如，顺式邻氯苯酚
第十页，共60页。
2. 诱导作用
极性分子的永久偶极矩μ1，会使极化率为α2的邻近分子发生电荷 位移，出现诱导偶极矩。永久偶极矩和诱导偶极矩之间的相互作用能 称为诱导能，亦称Debye能。平均值为
超分子化学全解
类轮烃：
没有物理阻碍的轮 烃（“线”能从 “针”的一头穿过 另一头）。类轮烃 往往是索烃和轮烃 的必要前体，由类 轮烷的模板化自组 装经由金属离子为 媒介，通过静电或 氢键作用，发生环 闭合形成索烃，因 一端或两端连接着 大的基团而使其终 止形成轮烷。
索烃和轮烷的主-客体化学合成 客体
类轮烷 主体
超分子化学
索烃和轮烷
1 总论 2 统计法合成索烃和轮烷 3 类轮烷
1 总论
索烃：是由2个或多个互锁在一起的环组成，而他们之间没有任
何化学作用。一般情况下，如果不破坏化学键，环就不能够分开。
轮烃：ห้องสมุดไป่ตู้
是由一个相当直的长分子 穿线过大环组成，像棉线 穿过针眼一样。如果不断 裂，化学键是不能分解成 一个分立的环和链的。
预反应主--客体络合物是类轮 烷中客体是缺电子的，而主体 是富电子的，由缺电子和富电 子芳香片段自组装合成轮烷， 由于π-π堆积作用，形成无 限的给体—受体列队，依照模 板方法可以形成索烃。研究结 果表明，索烃与它的两个组成 部分各自的氧化还原性质很大， 这是环合的π-π堆积作用的 直接结果。大环冠醚电子给体 和大的环番阳离子的结合，将 导致索烃聚合物的形成。
索烃 轮烷
索烃和轮烃的化学组成等同于2个或更多的独立组分，然而一个 组分穿过另一个组分的穿线方式对于产生的聚集体的物理化学 性质具有很重要的影响。结果可划分为相互串联的和螺纹状两 种异构体形式(区别于传统的化学异构体)。索烃被称作其分离的 环组成的“拓扑”异构体。
应用方面的长期性包括： 产生复杂的可开关的器件； 开发具有新的物理性质的材料； 不需要经过化学修饰来改变其性质，而实现催化光活性或氧化 还原性的物种的表面固定化。
3 类轮烷
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？
2
分子间作用力的协同作用
超分子化学
2．冠醚和穴醚配体的识别和自组装 以冠醚和穴醚配体为主客体的识别和自组装是 20世纪60～80年代创立的超分子化学的基础。 表 ７．６．１ 各种冠醚离子大小的识别
３．配位键识别和自组装
(a)Mo— O键组装成大环超分子[Mo176O496(OH)32(H2O)80] (b)Mo— C和Mo— N键组装成球碳超分子
超分子自组装 超分子自组装(supramolecular self-assembly) 是指一种或多种分子，依靠分子间相互作用，自 发地结合起来，形成分立的或伸展的超分子。由 分子组成的晶体，也可看作分子通过分子间作用 力组装成一种超分子。 超分子化学为化学科学提供新的观念、方法 和途径，设计和制造自组装构建元件，开拓分子 自组装途径，具有特定的结构和基团的分子自发 地按一定的方式组装成所需的超分子。
分子识别和超分子自组装的结构化学内涵， 体现在电子因素和几何因素两个方面，前者使分 子间的各种作用力得到充分发挥，后者适应于分 子的几何形状和大小能互相匹配，使在自组装时 不发生大的阻碍，分子识别和超分子自组装是超 分子化学的核心内容。
超分子合成子 合成子（synthon）一词是在有机合成中表示 “ 用已知的或想象的合成操作所能形成组装出来的 分子中的结构单位。” 将这个通用的、可变的定义 用于超分子，即得：“ 超分子合成子是用已知的或 想象的、包含分子间相互作用的合成操作所能形成 或组装出来的超分子中的结构单位。”
１． 几个概念 分子识别（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ） 是由于不同分子间的一种特殊的、专一的相 也满足分子间各种次级键力的匹配。
互作用，它即满足互相结合的分子间的空间要求，
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，体现出锁和钥匙原理，当接受体分子的底 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，所 以分子识别的本质就是使接受体和底物分子间形 成次级键的最佳条件，互相选择对方结合在一起， 使体系趋于稳定。
超分子化学及其应用
超分子化学及其应用超分子化学是一种研究分子之间相互作用以及形成有序结构的化学学科，由于其在生物化学、药物设计、纳米材料等领域中的重要应用，成为近年来备受关注的研究方向。
本文将从超分子化学的基本概念、分类、性质和应用等方面进行阐述。
一、超分子化学的基本概念超分子化学是在分子化学的基础上发展起来的，是研究分子间相互作用的一门学科。
它的研究对象不再是单个分子，而是由多个分子组成的亚稳态结构，这种结构被称为超分子体系。
超分子体系的形成是基于分子间的非共价相互作用力，例如氢键、疏水相互作用、π-π相互作用等。
超分子体系不仅具有高度的有序性、功能性和可控性，还能自组装形成稳定的结构，并展现出特殊的性质和功能。
因此，超分子化学成为了分子设计和纳米材料等领域的核心研究课题。
二、超分子化学的分类按照形成超分子的相互作用类型，可以将超分子体系分为以下几类：1. 氢键型超分子体系：氢键是质子转移反应所形成的分子间相互作用力，是一种分子间力。
氢键相对于其他相互作用力来说比较强，能够形成非常稳定的结构。
因此，氢键型超分子体系被广泛地应用在生物化学和药物设计领域中。
2. 疏水型超分子体系：在溶剂中，疏水性分子会倾向于彼此聚集在一起形成聚集体，并且会排斥亲水性分子。
这种聚集体被称为疏水集合体。
疏水集合体可被用于生物医学领域的药物传递和纳米材料制备。
3. π-π电子共轭型超分子体系：π-π相互作用是一种分子间力，是芳香性分子之间分子间相互作用的一种机制。
这种相互作用力可以导致分子自我组装，形成层状、管状、球状或链状的结构。
π-π电子共轭型超分子体系在材料化学和纳米技术中具有广泛的应用前景。
三、超分子体系的性质超分子体系具有许多独特的性质。
以下是其中的一些：1. 有序性：超分子体系通常具有高度的有序性，可以自组装形成各种层状、球状、管状或链状的结构。
2. 功能性：超分子体系中的分子有特定的功能，可以用于生物化学、药物设计、纳米材料等领域中。
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。
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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。
简而言之，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。
超分子化学研究包括分子识别（molecular recognition）、分子自主装（self assembly）、分子自组织（self organization）和超分子器件(supermolecular device)等。
分子识别是超分子化学的一个核心研究内容之一。
所谓分子识别即是指主体（受体）对客体（底物）选择结合并产生某种特定功能的过程。
有人把这一过程形容为锁和钥匙的关系。
在生物体系中存在着广泛的分子识别。
酶和底物之间、基因密码的转录和翻译、细胞膜的选择性吸收等等都涉及到分子识别。
分子识别中的主体主要有冠醚、穴醚、环糊精、杯芳烃、卟啉等大环主体化合物。
对以非共价键弱相互作用力键合起来的复杂有序且具有特定功能的分子集合体，即超分子化学的研究，可以说是共价键分子化学的一次升华，一次质的超越，被称为是“超出分子范围的化学”。
分子识别不是依赖于传统的共价键力，而是靠非共价键力，即分子间的作用力，如范德华力（Van der Waals）（包括离子-偶极，偶极-偶极和偶极-诱导偶极相互作用）、疏水作用和氢键等。
通过多个超分子的亚单元自组织或自主装能够得到稳定的、具有特异空间结构和功能的大分子聚集体，可以潜在地作为分子器件或超分子器件。
第三节超分子化学发展现状欧洲、日本领先，中国等随后跟踪。
美国未有此提法。
第二章分子识别和分子自组装（4学时）第一节识别、信息、互补原则和分子受体的设计（2学时）识别和信息以前用于生物相关体系中，直到20世纪70年代初，冠醚选择性地结合金属离子，开始进入化学领域。
2.1.1 分子识别的定义分子识别是通过一个给顶的受体分子结合和选择底物过程中的能量和信息来定义的，此过程中也可能包括一特殊的功能。
识别就是结合对中几何尺寸和相互作用间的互补性，即受体相对于一给定底物的最佳信息量。
这相当于一双互补原理扩展到能量特征和几何特征，后者由“锁和钥匙”体现。
受体与底物的识别受以下几个因素影响：（1）底物和受体间的立体互补，即在适当位置上有凹或凸区域（2）作用力互补，即在底物和受体适当位置上有互补结合点（如正/负静电力，电荷/偶极，氢键给/受体，等）（3）在底物和受体间有较大的接触区域（4）多个相互作用位点（5）大区域强结合（6）介质效应2.1.2 分子受体的设计分子受体定义：通过共价键结合的有机结构，这种结构有能力通过分子间各种相互作用力选择性地结合离子和分子底物，从而形成两个或更多物种有序体，即超分子。
分子受体设计就是在有机分子中表达分子识别原理。
受体化学，即人工受体分子化学，代表的是一种广义的配位化学，不仅过渡金属，而且：阳离子、阴历子或中性有机物种，无机物或生物种类。
分子受体的设计的原则：（1）底物（ρ）与受体（σ）的互补性，三维结构，键合点的适当分布（2）底物（ρ）与受体（σ）大面积接触，如大多环结构（3）溶剂（4）刚性与柔性之间的平衡，刚性即锁和钥匙；柔性受体通过“诱导装配”过程，高度选择性，低的稳定性。
柔性受体通过交换、调节、协调性和变构效应实现2.1.3识别和多重识别1、球形识别——金属阳历子穴状配合物球形底物识别是最简单的识别：球形底物既可以是携带正电荷的金属阳离子(碱金属、碱土金属和镧系金属阳离子)，也可以是携带负电荷的卤阴离子。
三个主要环状穴状配合物：（1）天然大环，如缬氨霉素；（2）合成大环聚醚，冠醚；（合成大多环配体）。
多氮杂、多硫杂配体，过渡金属离子的识别：用氮、硫替代氧而产生的大环配体或穴醚不仅对过渡金属表现出极强的亲和性，对其它的高毒性重金属离子，如镉、铅、汞离子，也具有极高的选择性。
2、大三环穴醚配合物的四面体识别四面体底物的选择性结合需要构建一个带有四面体识别位点的受体分子。
3、中性分子的结合和识别中性分子的结合和识别要利用静电相互作用、给体-受体相互作用，特别是氢键相互作用。
4、阴离子底物的识别静电作用和结构效应多环聚胺第二节分子自组装和自组织(2学时)2.2.1分子自组装和自组织自组装和自组织的研究90年代初主要集中在生物和物理领域，而超分子化学的出现为化学在此领域的探索及应用其设计和控制的能力提供了途径和方法。
超分子化学为了实现识别、催化、传输过程和装配分子器件，都要借助于分子自组织和自组装。
从冠醚、穴醚和球状配体等的设计起就包含了分子自组织和自组装。
分子自组织可以认为是一组相互交叉的、有序的自组装。
有以下特点：（1）包括在空间上或时间上都表现出自发的有序性体系；（2）包括空间结构和平衡结构和非平衡的结构两者的瞬间动力学的有序性，结构的有序性，结合的非线性化学过程的有序性及能量流动和时间方向上的有序性；（3）仅仅限于非共价键的超分子层次；（4）多组分在分子组分间由分子识别或在动力学过程中产生特殊相互作用，表现出超分子的自组织和长程有序性，从而形成多分子有序体。
简而言之，就是越有序，就是组织性越好。
如分子层、膜、胶束、胶体、液晶、分子晶体等。
分子自组织和自组装都是多步骤过程，此过程包含着信息和一种或多种类型智能化的组分。
分子自组织和自组装也与纯粹的摸板效应想区别，为了逐步组装高度复杂的分子或超分子器件，使用暂时或永久性的、无机或有机的辅助性的物质。
自组装可能包含模板效应，而模板效应本身严格来讲却不包含自组装过程（可认为他是几个自组装步骤中的一个步骤）。
通过分子信息和设计的超分子结构和有序性的产生是一个不断进步的过程，摸板效应——自组装——自组织。
分子自组织和自组装要求分子组分含有两个或多个作用位点，这样就可能建立起多重连接。
变构效应——生物体；自组织——正协同效应分子自组织和自组装可能随识别而发生。
注意：寻找分子自组织和自组装的抑制剂。
2.2.2无机结构的分子自组装和自组织无机结构分子自组织和自组装包括由有机配体和金属离子自发形成的结构确定的金属-超分子结构。
金属离子一方面像结合剂一样把陪体结合在一起；另一方面，又作为中心把配体定位在特定的方位上。
金属离子提供：（1）一套配位几何构型；（2）从弱到强的某个范围的结合强度，及从不稳定到惰性的形成和解离动力学：（3）多种光化学、电化学和反应的性能：（4）允许超分子结构可逆的组装-反组装。
1、双链螺旋和三链螺旋金属复合物的自组装：螺旋复合物配体-联吡啶金属-铜双链二螺旋到五螺旋2、多组分的自组装至少包括两个配体或金属离子环形、三脚架、圆柱形3、金属离子的超分子阵列：书架结构、梯子结构和栅栏结构2.2.3有机结构的分子自组装和自组织1、通过氢键自组装Janus分子当两个亚单元结合成为一单个基团，将拥有两个识别面，可称作Janus分子，即是一个双面的氢键识别单元。
同位点异位点Watson-Crick模型2、2.2.4分子手性和自组装第三章主客体化学教学目的和要求：了解主客体化学的发展历程，掌握主客体化学的定义与分类，掌握冠醚、环糊精、杯芳烃的结构特征、制备方法和作用机理，了解主客体化学的发展趋势教学重点和难点：掌握主客体化学的定义与分类，掌握冠醚、环糊精、杯芳烃的结构特征、制备方法和作用机理一、主客体化学的发展历程自从20世纪60年代末Pedersen's合成并发现冠醚以来.人们对分子识别现象的兴趣与日俱增。
Pedersen.lehn和Cram二人提出的主一客体化学(host- guest chemistry).包合物化学(inclusion chemistry)和超分子化学(supramoleculechemistry)等越来越为人们所熟悉和重视。
超分子化学是两个或多个化学物种借分子间的弱相互作用力形成的实体或聚集体的化学.现己成为化学中发展迅速、极富挑战性的新领域之一。
超分子的结合都是建立在分子识别基础之上的.所谓分子识别就是主体(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.是组装及组装功能的基础.是酶和受体选择性的根基。
二、主客体化学的分类方法和发展现状互补性(complementarity)及预组织(preorga_nization)是决定分子识别过程的两个关键原则.前者决定识别过程的键合能力。
底物与受体的互补性包括空间结构及空间电学特性的互补性。
空间结构互补性即锁钥关系”和‘诱导契合"( induced fit) 。
电学特性互补包括氢键形成、静电作用、П－ПStacking作用、阳离子－П作用、疏水相互作用等.这要求主体及客体的键合点和电荷分布能很好匹配。
1分子识别在主一客体体系中.主体有选择性地识别客体并以某种方式与客体配位形成化合物。
多数这种化合物属于超分子体系.因为它们与没有相互作用的主体和客体的混合物相比有不同的特性。
影响主体识别各种客体的因素主要有:主体空穴的大小、空穴的形状、配位数、配体种类等。