物理化学超分子化学最新进展--庄志萍

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Fig.2. Schematic represention of five types of supramolecular species
超分子化学研究的内容
• 分子识别，分为离子客体的受体和分子客体的受 体；
• 环糊精； • 生物有机体系和生物无机体系的超分子反应性及
传输； • 固态超分子化学，分为晶体工程、二维和三维的
缬氨霉素-钾配合物的晶体结构
2. 环糊精
环糊精是淀粉在淀粉酶作用下生 成的环状低聚糖的总称
a-
b-
g-
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 葡萄糖 精 单元 数
a-
6
b-
7
g-
8
空腔内部 直径 /nm 0.5
0.65
0.85
匹配的客体分子
苯，苯胺 萘，1-苯胺-3,8-磺酸萘 蒽，冠醚，1-苯胺-3,8-
• 超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。
• 从某种意义上讲，超分子化学淡化了有机 化学、无机化学、生物化学和材料化学之 间的界限，
• 着重强调了具有特定结构和功能的超分子 体系，将四大基础化学（有机化学、无机 化学、分析化学和物理化学）有机地融合 为一个整体，
• 从而为分子器件、材料科学和生命科学的 发展开辟了一条崭新的道路，且为21世纪 化学发展提供了一个重要方向。
超分子体系的种类
L LM L
HG H
L
笼状化合物
主客体系
(cage type system) (host-guest system)
旋转体
(rotaxanes system)
A
B
C
D
联锁体
共价键联结的四元体系
(catenanes
(covalently-linked molecular
system)
无机网络； • 超分子化学中的物理方法；模板，自组装和自组
织；超分子技术，分为分子期间和分子技术的应 用。
超分子化学与主客体化学
1. 天然大环配体
自然界存在着许多结构复杂，性能各异的大 环配位化合物
例如：维生素B12 叶绿素 血红蛋白
其中称为离子载体（Ionophores）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。
• 超分子化学并非高不可攀，有许多超分子结构似 乎都可见我们的日常生活。
• 例如，可以把轮烷（rotaxane）比为东方的算盘； • 索烃（catenane）舞池中的一对舞伴； • C60类似于圆拱建筑； • 环糊精（cyclodextrins）和激光唱盘（CD）有
同样的简称和信息存放功能； • DNA双螺旋则与家喻户晓的早餐佐食麻花多少有
点相似。
• 以非共价键弱相互作用力键合起来的复杂有序且 有特定功能的分子结合体——“超分子”是共价键 分子化学的一次升华，被称为“超越分子概念的 化学”，它不仅在材料科学、信息科学，而且在 生命科学中均具有重要的理论意义和广阔的应用 前景。
如果20世纪是共价键的世纪，那么21世纪，将是研 究分子间弱相互作用的超分子化学的世纪，是科技界 用超分子为人类造福，再创辉煌的世纪。
引言
2)生物科学:DNA双螺旋、酶与底物、分子识别 3）新型材料：分子器件、电子器件、超分子功能材料、 纳米材料
三位超分子化学研究方面的科学家 获得1987年的Nobel化学奖
• 美国的C. J. Pederson：发现冠醚化合物 • D. J. Cram教授：主客体化学先驱者 • 法国的J. M. Lehn教授：发现穴醚化合物
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 学。 ►简言之：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
Baidu Nhomakorabea• 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 的基础
• 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 载体（vehicle）
磺酸萘
• 如有机分子、无机离子以及气体分子等。其内腔 疏水而外部亲水的特性使其可依据范德华力、疏 水相互作用力、主客体分子间的匹配作用等与许 多有机和无机分子形成包合物及分子组装体系， 成为化学和化工研究者感兴趣的研究对象。
并提出超分子概念
• 1987年诺贝尔化学奖授予C.J Pedersen (佩 德森)、J.M Lehn (莱恩)、D.J Cram (克来 姆)三位化学家，以表彰他们在超分子化学 理论方面的开创性工作。1967 年Pederson
等第一次发现了冠醚。这可以说是第一个 发现的在人工合成中的自组装作用。Cram 和Lehn在Pedersen工作的启发下，也开始
超分子化学最新进展
报告人: 庄志萍教授
牡丹江师范学院化学化工学院
超分子化学最新进展
• 超分子化学是“分子之外”的化学，与生命科学、 材料科学等密切相关，被公认为是21世纪化学发 展的重要方向。
• 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、碳60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。 到目前为止，尽管超分子化学还没有一个完整、 精确的定义和范畴，但它的诞生和成长却是生机 勃勃、充满活力的。
了对超分子化学的研究。从此之后，超分
子化学作为一门新兴的边缘科学快速发展 起来。
超分子化学之父
►Lehn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”。
超分子与大分子的区别
Fig.1 Schematic representation addressing the difference between supermolecules and large molecules according to the photochemical approach