超分子化学综述
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。
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

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
材料科学中的超分子化学

材料科学中的超分子化学超分子化学是一门相对较新的跨学科学科,主要研究分子间的相互作用及其对宏观性质的影响。
超分子化学涉及的领域十分广泛,在生物学、化学、物理学等不同学科都有广泛的应用。
而在材料科学中,超分子化学也扮演着十分重要的角色。
1. 超分子化学在材料科学中的应用在材料科学领域中,超分子化学主要应用于:聚合物合成、表面功能化和材料组装等方面。
超分子化学研究所得到的结论能够有效地指导材料的设计和制备过程,有助于提高材料的性能和功能。
聚合物材料的设计和制备过程中,超分子化学起到了重要的作用。
超分子化学中独特的非共价相互作用,例如氢键、离子键、π-π相互作用等,能够较好地调控聚合物的结构和性质。
超分子化学也可以用于提高聚合物材料的稳定性,防止聚合物的分解和老化。
另外,超分子化学的概念也常常应用于材料表面的修饰和功能化中。
通过表面修饰,可以使材料呈现出不同的化学性质和物理性质,从而拓宽其应用范围。
例如,通过超分子化学方法在表面修饰含氟聚合物,可以使其具备超疏水性质,形成自清洁效果。
材料组装也是超分子化学在材料领域中的应用之一。
在组装过程中,超分子化学提供了一种有效的方法,既可以控制组合单元的数量和排列方式,同时又保证了组装后材料的形貌和性质。
组装所得材料能够在不同的领域中得到应用,如能源、传感和微电子学等。
2. 材料的设计和制备在材料科学中,超分子化学的研究对于材料的设计和制备过程起到了关键的作用。
超分子化学能够有效地增强材料的稳定性和性能,同时也可以对材料的结构和形貌进行调控。
对于材料的设计,通过超分子化学方法可以实现对分子结构、相互作用和性质的精准控制。
例如,通过合理设计分子结构和相互作用,可以得到性能更优良的聚合物材料或纳米材料。
同时,超分子化学技术也能够帮助材料科学家提高材料的制备效率和制备质量,提高材料的产业化应用。
3. 超分子化学对材料科学研究的启示材料科学中的超分子化学研究给我们带来了许多启示。
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。
超分子化学综述

超分子化学论文(设计)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:朱清元指导教师:倪新龙2013年12月10日超分子化学论文(设计)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 discipli ne bran ch, the paper summarizes the releva nt contents of supramolecular theoretical basispo in ts, over the prospect of molecular classificati on and applicati on ofsupramolecular chemistry, supramolecular chemistry and poin ted out theimporta nee of a scie ntific theory sig ni fica nee and broad applicati on prospects.Keywords: supramolecular chemistry classification applications第一早•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。
化学超分子知识点总结

化学超分子知识点总结超分子化学是近年来发展迅速的一门新兴学科,它是化学的一支分支学科,在化学领域中扮演着越来越重要的角色。
超分子化学涉及的范围非常广泛,包括分子识别、自组装、功能性材料等多个方面。
在超分子化学中,化学家们研究的不再是单个分子的性质与反应,而是由多个分子间的非共价相互作用来组成的具有特定功能的超分子结构。
这些分子间的相互作用包括氢键、范德华力、π-π堆积等,并且这些非共价相互作用对于超分子结构的形成起着决定性的作用。
分子识别是超分子化学的一个重要概念,它指的是分子间的特异性相互作用,使得分子能够选择性地识别和结合其他分子。
分子识别的研究不仅对于生物学领域有着重要的意义,而且在材料科学、药物设计等领域也有着广泛的应用。
例如,生物体内的酶与底物之间的特异性相互作用,以及抗体与抗原之间的特异性结合,都是分子识别的典型例子。
超分子化学家们希望通过对分子间相互作用的深入研究,设计和制备出具有特定功能的分子识别体系,并且将其应用到具体领域中。
自组装是超分子化学中的另一个核心概念,它指的是分子在特定条件下由于其自身的特性而能够自行形成有序的结构。
自组装通常发生在溶液中或者固体表面上,由于分子间的非共价相互作用,分子能够自主地形成稳定的超分子结构。
自组装的特点在于其高度有序性和选择性,使得其在纳米材料的制备和功能性材料的设计中有着广泛的应用。
例如,超分子化学家们可以通过自组装的方法制备出纳米材料、生物传感器、光学材料等,从而拓展了现有材料的种类和功能。
功能性材料是超分子化学领域的又一重要研究方向,它指的是那些由超分子结构组成的具有特定功能的材料。
超分子结构的形成和性质决定了功能性材料的特性,因此超分子化学家们通过设计和合成特定结构的超分子体系,可以制备出具有特定功能的材料。
例如,超分子化学家们可以利用分子间相互作用来构筑具有特定光学、电学、磁学等性质的材料,这些具有特定功能的材料在电子器件、传感器、催化剂等领域都有着广泛的应用。
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一一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。
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.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+
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通过氢键Dendrimer的自组装
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通过静电作用Dendrimer的自组装
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不规整、不完善分子的自组装
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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。
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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超分子化学综述摘要:超分子化学是化学领域一个崭新的学科分支,本文综述了分子识别和自组装的有关内容以及和超分子化学的分类,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:超分子化学分子识别自组装“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[2]。
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[3]。
本文对超分子化学作了简单的综述。
1.超分子稳定形成的因素[4]超分子稳定形成的因素,可从能量降低因素、熵增加因素及锁和钥匙原理来分析,通过这些分析,可加深对超分子和超分子化学的理解和认识,这比将超分子中分子间的结合力简单归结为非共价键更为具体、明确。
2.分子识别和自组装在超分子化学研究中,两个最重要的科学问题是分子识别和分子自组装、分子间多种弱相互作用的加合效应和协同作用。
分子识别是由于不同分子间的一种特殊的、专一的相互作用,它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。
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。
所以分子识别的本质就是使接受体和底物分子间有着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。
自组装是自然界生物系统的一类基本属性,如DNA和RNA 的双螺旋结构、多肽和蛋白质的二级及高级结构、生物膜的形成与稳定、酶的高级结构与功能发挥等,都是多种不同弱相互作用加合协同的结果。
超分子自组装是指在平衡条件下相同或不同分子间通过非共价键弱相互作用自发构成具有特种性能的长程有序的超分子聚集体的过程[5]。
超分子自组装是指一种或多种分子依靠分子间的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,也可看作识分子通过分子间作用力组装成的一种超分子。
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。
3.超分子化合物的分类[6]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Dawson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[10]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[12]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。
4. 结语非生物主体分子冠醚、环糊精、杯芳烃是超分子化学领域中的里程碑分子,超分子化学的理论和方法在有机化学等各个化学分支领域中应用也越来越广泛,不但如此,作为超分子化学起源的主客体化学将与有机合成化学、配位化学和生物化学互相促进,为生命科学、能源科学等共同做出巨大贡献。
分子识别应用于纳米材料组装中的研究是近年来在化学、生物学和材料学领域备受关注的方向之一。
目前该领域仍处于一个高速发展的局面,除了发展解释和指导该组装过程的相应理论外,获得更多具有实际功能的组装体将是该领域的一个重要研究方向。
可以预期,超分子化学必将展现丰硕的研究成果和更广阔的应用前景。
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