超分子化学PPT

螺旋状分子
N NN N NN
N N O N N O O N N N N N N O
N
N N
NN
N
N
N
NN
N NN N
准轮烷和轮烷 准轮烷（Pseudorotaxane）： 由链状分子通过某种分子间识别或自组装穿 越另一个环状分子所形成的一种超分子结构。
轮烷：在链状分子穿越环状分子以后，再在链状 分子的两端用大基团封住，使环状分子不能脱落。
超分子聚合物 准轮烷聚合物
( )3
+
O O
O
O
OCNH O
CH2
NH CO O O
N
O O O +O O N
O OH O O
( )3
O
O O ON O O
+
N
+
O OH n
4PF6-
环三黎芦烃：Cyclotriveratrylenes CTV； veratryl：3，4-二甲氧苯甲基）
X
Y
Y
X
X
Me
O O N
O O
O O N
O O
(
O O O
O2 N
HO
NO2
O
N
N
Me
)n
MeO OMe
O2 N
OH O
MeO O H
NO2
O2 N
N
N
N N
n=1~4
NO2
壁龛（Niches） 1985，Rebek等成功制备了非环状的螯状分子： 分子龛 分子龛是与客体在尺寸上和形状上能够互补。
+
分子龛 客体
1. X＝Y＝OCH3 2. X＝Y＝OCH2O 3. X＝OCH3，Y＝OCD3 Y 4. X＝H，Y＝D Cyclotriveratrylenes
穴芳烷：Craptophane
R R'
R R'
R
R R'
R'
R R'
R R'
anti
syn
生色醚（Chromoacerands）
O O O O O O2 N NH CN
分子器件的主要研究内容： 分子导线、分子开关、分子整流器、 分子储存出的许多拓扑结构： 轮烷（Roxtaxane） 索烃（Catenane） 绳结（Knot） 双螺旋（Helix） 奥林匹克环（Olympic Ring） 等新颖的超分子结构 已利用模板反应有效地合成出来
应用前景
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，该学科的研究将更加紧密地与各化学分支相结合. 可以预见，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;超分子化学方法在无机 化学中的应用将使人们获得多种具有特定功能的配合物、 晶体、陶瓷等材料;物理化学则要改变当前超分子化学 的定性科学现状，从微观和宏观上把选择性分子间力、 分子识别、分子自组装等过程用适当的变量进行定量描 述，从而提高人们对超分子化学的熟悉和猜测、控制能 力，最终要寻求解释超分子体系内在运动规律和预言此 类体系整体功能的理论工具。
超分子化学
Supramolecular Chemistry
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、D. J. Cram教授 • 法国的J. M. Lehn教授。
超分子化学
• 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） • 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。
超分子与普通分子的区别
不在于物种的大小，而在于是否能够把这个 物种分裂为至少在原则上能独立存在的分子。 building blocks 以类似于原子结合形成分子的方式结合成超分子。 超分子化学是分子水平以上的化学 （the chemistry beyond the molecule）
超分子化学与主客体化学
超分子化学之父
• Jean-Marie Lehn教授， 1939年9月30日生于法国 阿尔萨斯。1957年起在法 国斯特拉斯堡大学主修化 学，1963年获该大学理学 博士学位。随后，JeanMarie Lehn教授赴美国哈 佛大学做博士后研究，并 同时担任斯特拉斯堡大学 助理教授。目前任法国科 学院院士、法国巴斯德· 路 易斯大学超分子化学实验 室主任。
超分子化学的定义和范畴
► 超分子化学就是"分子组装和分子间键的化 学 chemistry beyond the molecule".它是研究超分子 或分子超结构的形成,性质及应用的化学,包括 分子识别 原理,受体化学,分子自组装,超分子光化学,超分子电化学, 超分子催化化学,超分子工程学,超分子生命科学等.涉及 的学科有:无机及配位化学,分析化学,有机化学,物理化 学,生物化学以及材料科学等. 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。
索烃
索烃是一种具有连环套拓扑结构的超分子化 合物，通常环与环之间没有共价键联系。
奥 林 匹 克 环
绳结 绳结是一种拓扑结构 法国Sauvage小组：利用双铜离子的三维模板效 应，历时十余年，终于在九十年代初首次合成出 了绳结分子。Sauvage教授由此而荣获大环化学 学术界的第一个Christensen奖。
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 叶绿素 血红蛋白 例如：维生素B12 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。
缬氨霉素-钾配合物的晶体结构
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
ab-
g-
冠醚
超分子化学与两亲化合物
从超分子化学的角度探讨： 溶液或液膜中两亲分子自身的组装和结构 主要涉及：界面活性化合物 表面活性剂 单分子层 双分子层 胶束 微泡体 等 超分子聚集结构 分子有序组合体 应用：生物膜模拟、生产等
分子器件
科学家提出：在有机分子的分子尺寸范围实现对 电子运动的控制，从而使分子聚集体构成有特殊 功能的器件。
二十世纪六十年代，美国杜邦公司 的化学家C. J. Pederson 第一个 人类合成出冠醚化合物 O 二苯并18-冠-6 O O 他取名：王冠
O O O
IUPAC： 含-O(CH2CH2O)n-结构的环状聚醚化合物 简称为（王）冠醚化合物（Crown ether）
杯芳烃
• 杯芳烃：苯酚衍生物与甲醛反应得到的一类环状 缩合物。 • 分子形状与希腊圣杯（Calixcrater）相似 由多个苯环构成的芳香族分子(Arene) ——杯芳烃 通常在酚羟基的对位还带有取代基