超分子化学PPT课件
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超分子化学简介省公开课一等奖全国示范课微课金奖PPT课件
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第7章目录
7.3.4 配位键自组装 7.3.5 疏水作用识别和组装 7.4 晶体工程 7.4.1 概念和特点 7.4.2 晶体工程谋略 7.4.3 晶体工程构筑示例 7.5 应用和展望
3/69
7.1 超分子概念
超分子化学起源于碱金属阳离子能被冠醚和穴醚选择 性结合，它拓展后造成了分子识别出现并证实为一新 化学领域，深入延伸到分子相互作用和过程，并广泛 扩展到其它领域后诞生了超分子化学。
分 子 间 二 氢 键
25/69
7.2.1 能量原因
分 子 内 二 氢 键
26/69
7.2.1 能量原因
➢ 分子间氢键和分子内氢键
分子间氢键最为常见。分子内形成氢键称为分子内氢键，六 元环邻位取代基之间若有适合质子给体与受体时，形成份子内氢 键优先于分子间氢键。
通常，分子间氢键使
分
物质熔点和沸点升高
6/69
7.1 超分子概念
超分子化学研究对象是：超分子实体（supramolecular entities),即含有分子本身特征并由这些特征来定义超分子 （supermolecule）。
分子与原子和共价键关系如同超分子与分子和分子间 价键。 超分子代表了继基本粒子、原子核、原子和分子之后 下一个层次物质复杂性。化学术语中原子、分子、超 分子相当于字母、单词和句子。
C（胞嘧啶）与G（ 鸟嘌呤）之间有一个 N-H---N和两个N-H--O氢键
19/69
7.2.2 氢键 α-螺旋是一个 经典蛋白质二级 结构，主要稳定 原因是第i个氨 基酸残基肽键氧 与 第 i+4 个 氨 基 酸残基肽键氮氢 之 间 形 成 N-H--O氢键。
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7.2.1 能量原因
第7章目录
7.3.4 配位键自组装 7.3.5 疏水作用识别和组装 7.4 晶体工程 7.4.1 概念和特点 7.4.2 晶体工程谋略 7.4.3 晶体工程构筑示例 7.5 应用和展望
3/69
7.1 超分子概念
超分子化学起源于碱金属阳离子能被冠醚和穴醚选择 性结合，它拓展后造成了分子识别出现并证实为一新 化学领域，深入延伸到分子相互作用和过程，并广泛 扩展到其它领域后诞生了超分子化学。
分 子 间 二 氢 键
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7.2.1 能量原因
分 子 内 二 氢 键
26/69
7.2.1 能量原因
➢ 分子间氢键和分子内氢键
分子间氢键最为常见。分子内形成氢键称为分子内氢键，六 元环邻位取代基之间若有适合质子给体与受体时，形成份子内氢 键优先于分子间氢键。
通常，分子间氢键使
分
物质熔点和沸点升高
6/69
7.1 超分子概念
超分子化学研究对象是：超分子实体（supramolecular entities),即含有分子本身特征并由这些特征来定义超分子 （supermolecule）。
分子与原子和共价键关系如同超分子与分子和分子间 价键。 超分子代表了继基本粒子、原子核、原子和分子之后 下一个层次物质复杂性。化学术语中原子、分子、超 分子相当于字母、单词和句子。
C（胞嘧啶）与G（ 鸟嘌呤）之间有一个 N-H---N和两个N-H--O氢键
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7.2.2 氢键 α-螺旋是一个 经典蛋白质二级 结构，主要稳定 原因是第i个氨 基酸残基肽键氧 与 第 i+4 个 氨 基 酸残基肽键氮氢 之 间 形 成 N-H--O氢键。
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7.2.1 能量原因
《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。
超分子化学基础课件
大双环3同样可以键合NH4+ ，形成配合 物11。但从反映在受体-底物键合互补上看， 11和9的动力学特征不同:在9中NH4+ 被固 定在空穴中，而在11中NH4+ 可以在内部 旋转。
胺离子的识别
由于胺离子及其衍生物在化学和生物中所担 负的重要角色，发展能识别这样底物的受体分子 具有特殊意义。 许多大环聚醚能与R-NH3+在结构和手性选择 相键合。其中四羧酸12b显示出更强的键合能力， 这是由于12b含有要求的基本［18]-O6 环，增加 了静电相互作用。所以形成任何大环聚醚的金属 离子或铵的复合物后，其稳定性最高。
通过改变侧基X，可利用X和中心键合RNH3+底物中R基团的特殊相互作用(静电、氢 键、电荷转移、憎水效应)来调节配合物12的 特征，导致侧面的识别效应。它也代表一种改 变生物体受体-底物的相互作用的方法。如通 过发生在烟酰胺和色氨酸之间的缔合，可以将 其连在12的氨基酸残基、核酸或核苷、糖类上。
四面体识别：
选择性键合一个四面体底物要求构建一个具 有四面体识别位置的受体分子，如大四环5，它在 四面体和八面体的角上分别含有四个N和六个O的 键合位置。由于在结构和能量上的高度互补，5与 四面体NH4+离子形成具有稳定性和选择性的配位 体9。NH4+ 的尺寸和形状与5的空穴相匹配，通过 四个N形成+N-H…N的氢键而成为四面体排列。 由于键合能力强， NH4+配合物的pKa比游离的 NH4+的pKa 高6个数量级，这意味着强的键合影 响底物的性质。在酶活化位和生物底物-受体的键 合中也存在相似的效应。
分子能够聚集在一起形成有用的材 料，是由于分子间存在相互作用。人们 在长期科学研究中也发现，分子间相互 作用力对物质性能影响很大，如它们对 物质熔点、沸点、溶解性和表面吸附等 的影响。但就那一时期科学和技术的发 展水平而言，还仅仅停留在证实其存在， 以及它们对物质性质影响这一程度上。
超分子化学三.pptx
1:1 百草枯 2:1
第20页/共34页
3.12 碱金属阴离子和电子化物
[Cs([18]冠-6）2]+ •e穴醚]+ •e-
电子化盐
限定在直径0.24 nm球状格子内 电子间距0.87 nm 200K电导率10-10
固态不是电子导体
第21页/共34页
3.13 杯芳烃
对位取代的苯酚和甲醛缩合得到 calixarene
对不同尺度的金属离子的络合
第27页/共34页
3.14 碳原子给体与-酸配体
混合碳-杂原子主体
与金属有机的交叉点
K+ PF6-
金属离子Ag+ 阳离子-络合
第28页/共34页
[RuCl2(dmso)4]
碳氢化合物主体
少见
多见
第29页/共34页
Cr
对环番
第30页/共34页
3.15 含铁细胞
天然含铁细胞
第33页/共34页
感谢您的观看。
第34页/共34页
电荷，氢键，空间。。。
第12页/共34页
氢键强度和空间识别
第13页/共34页
三维主体分子对铵离子的络合
第14页/共34页
双络合功能基主体
含有两个客体结合位置的主体
Lehn的设计
第15页/共34页
超分子化合物的NMR谱 芳香环流效应 核nuclear overhauser effect (NOE)
第16页/共34页
偶合
第17页/共34页
手性识别
有机阳离子识别的应用例子
第18页/共34页
两性受体
两性受体是两种或两种以上的客体识别方式产生协同络合促进作用的分子 主体对两性受体的适应性
【高中化学】2023-2024学年人教版选择性必修2 超分子 课件
不同冠醚的空腔尺寸不同，与不同的阳离子相匹配，从而实现选择性结合。
超分子的实例
Li+
Na+
K+
➢ 冠醚识别碱金属离子的应用
应用举例：相转移催化剂
问题背景： 高锰酸钾溶液可以氧化甲苯， 从而褪色。
但是高锰酸钾易溶于水，难溶于 甲苯，难以和甲苯充分接触。
甲苯
K+ MnO4
资料卡片
溶有18-冠-6的甲苯与高锰酸钾水溶液反应
15-冠-5 C 原子：10 O 原子：5 环上总原子数：10 + 5 = 15
二、超分子
4. 重要特征及其应用 ——①分子识别：b. “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
思考：冠醚靠什么原子吸引阳离子？
C 原子是环的骨架，稳定了整个冠醚， O 原子吸引阳离子。 冠醚与金属阳离子通过配位作用 相结合形成超分子
甲苯中 冠醚的浓度
褪色时间
30 g/L
5 min不褪色
60 g/L
5 min明显褪色
120 g/L
4.5 min明显褪色
甲苯
K+ MnO4
O
O
O
K+
O
O
O
MnO4-
冠醚能与阳离子尤其是碱金属阳离子作用，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。
➢ “杯酚”与冠醚形成的超分子，虽然识别的分子、离子不同，但环 状结构异曲同工，且尺寸可控。
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)超分子的性质与组成超分子的单个分子的性质相同。( × )
(2)超分子是相对分子质量很大的有机化合物。( × ) (3)超分子内部分子可以通过非共价键结合。( √ ) (4)超分子都是无限伸展的。( × ) (5)形成超分子的微粒都是分子。( × ) (6)超分子具有分子识别和自组装的特征。( √ )
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
超分子化学及分子识别和分子自组装ppt课件.ppt
5.分子识别及自组装的应用—
手性识别和消旋体的手性分离
Crystal packing diagram of complex of Sphyenlalanine and S-mandelic acid viewed along
the b axis, dashed line shows H-bonding
分子间的三点作用类型包括氢键，偶极相互作用，位阻 排斥，疏水吸引等作用，这些作用都可以成为手性识别 的重要因素。在这个理论的指导下，已成功地合成了许
多拆分剂用于消旋体的手性拆分。
3．生物活性与手性识别
手性或不对称性物质是含有不对称碳原于的化合物，这类 化合物在化学及生命科学中普遍存在。自然界中，绝大多 数分子(如糖，氨基酸)和由它们组成的生物大分子(如蛋白 质、DNA等)在空间结构上都具有不对称性，使得生物体 能够高度地选择识别某一特定的手性分子，从而产生生物 作用。随着人们对手性物质的深入研究，发现有些物质的 D-异构体和L-异构体在生物体中的活性差异很大，而有的 所起的作用完全不同，甚至截然相反。 20世纪60年代， 欧洲和日本的孕妇因服用外消旋的镇静药“反应停” 而 引起千万个婴儿畸形，制造这一悲剧的正是“反应停”中 的L-型旋光体。这一悲剧提醒人们，对一种新药投入市场
图1
预组织原则是指受体与底物分子在识别之前将受体中 容纳底物的环境组织的愈好，其溶剂化能力愈低，则 它们的识别效果愈佳，形成的配合物愈稳定。图2表示 了这个过程。
图2
为了达到高度专一的识别效果，受体的设计也必须遵循互补 性和预组织原则。分子识别中，虽然刚性有序的受体可以达 到高度识别，但交换过程，调节，协同和改变构象要求一定 的柔性，以使受体对变化进行调整和响应。
表1 分子间作用力的分类
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超分子化学与分子识别
.
1
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。
.
2
机械-互锁分子结构
Fischer 酶-底物->锁和钥匙
沃森/克里克 DNA双螺旋模型
1873年
1920年
1894年
.
10
在20世纪中，人们把大千世界内各种物质 的运动都还原为原子、分子的运动和性质这一 层面上。但是，在人们企图将现代科技再推进 一步时，遇到了极大的障碍，这是因为人们的 认识上存在盲区，或者说人类知识的大厦存在 一个裂缝。在裂缝的一边是以原子和分子为主 体的微观世界，而另一边是人类活动的宏观世 界。
Fritz Vogtle 形状和离子选择性受体
简介
作用力
受体
自组装
分子器件 3
超分子化学的定义和范畴
►Lehn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”。
.
8
分子能够聚集在一起形成有用的材 料，是由于分子间存在相互作用。人们 在长期科学研究中也发现，分子间相互 作用力对物质性能影响很大，如它们对 物质熔点、沸点、溶解性和表面吸附等 的影响。但就那一时期科学和技术的发 展水平而言，还仅仅停留在证实其存在， 以及它们对物质性质影响这一程度上。
.
9
进入20世纪70年代，由于大环化学、 胶体化学、单分子膜和液晶等方面的研 究，人们重新对分子间相互作用产生了 兴趣。当然关心的不再是分子间相互作 用的存在以及它们对材料性能的影响， 而是利用存在于不同分子中的“信息”， 即分子间相互作用，实现分子间的识别 和自组装，形成具有一定功能的超分子。 这些工作可表示为：
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。
.
4
超分子化学是分析化学、有机 化学、无机化学、物理化学和高分 子化学等各个化学分支的重新结合 得以实现的载体（vehicle）.
两个世界不是一般人们所想象的那样直接 而简单的联系，而是存在一个过渡区，这个领 域就是超分子科学。
.
11
.
12
ห้องสมุดไป่ตู้
超分子相互作用本质
离子-离子相互作用 偶极-偶极相互作用 阳离子-π相互作用 范德华作用力 疏水效应
离子-偶极相互作用 氢键 π-π堆积 固体中的紧密堆积
简介
作用力
受体
自组装
分子器件 13
超分子化学是分子间键合的化学，它 包括两个或两个以上化学物种缔合所形成 的实体的结构和功能。基于分子互补原理， 受体和底物的键合在超分子中形了分子识 别、催化、反应、转换和传递等功能。多 分子组织、受体、载体和催化相结合，可 导致分子和超分子器件。
.
14
从上面的关系式可以看出，如果仅有相互作 用并不能形成结构确定的超分子，一方面是其作 用力弱，其次是无选择性。
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。
.
5
分子化学
++
超分子化学
+
简介
作用力
受体
自组装
分子器件 6
化学是在原子和分子水平上研究物质及 其相互转化的科学。
以共价键为基础的原子重组是分子化学 的一大特征，这些工作可以形象地描述 为：
.
7
在客观世界中人们面对的是分子 所构成的聚集态，而且物质的性能也 是通过这样的分子集合来表现的。从 某种意义上讲，分子结构只是间接影 响物质的性能，而聚集态才是直接影 响其性能的因素。
由弱相互作用加和形成强相互作用，由各向 同性通过定向组合(选择性)形成各向异性，这是 分子化学和超分子化学的分界线。
.
15
分子识别可定义为这样一个过程，对
于一个给定的受体或者一个特殊功能，底 物选择性地与之键合。仅有键合并不是识 别，因为识别和目的键合连在一起。
.
16
底物( σ)和受体( ρ )键合形成超分子，它具有 热力学和动力学的稳定性和选择性，这里涉及到 能量和信息。所以分子识别在本质上是一个在超 分子水平上信息存贮和读出的问题。信息可能存 贮在配合物的结构中或在其键合位置(包括性质、 数目和排列)，在包围键合底物的配合体中，以 超分子的形成和缔合的速率来读出信息。对于给 定的底物，分子识别相当于受体的最佳信息内容。 这是一个延伸了的lock(锁)和key(钥匙)原理，即能 量特征和几何特征的互补。由单一平衡步骤提供 的识别可以通过多步识别和与一个不可逆过程耦 合来实现。
.
19
球型识别就是从具有相同电荷但半径大小
不同的球的集合中选择一给定的球型离子。大 双环空穴配体1～3(如图所示)能与空穴尺寸相匹 配的离子形成稳定的空穴配合物，配体1,2,3分 别与Li + ，Na + ，K + 形成配合物，如4a所示。 其他配体对碱金属离也显示高度的选择性，其 识别特征等于或高于天然大环配体，其结构由 晶体结构测定所证实，见4b，并表征了其稳定 常数。球形大四环5对Cs+ 等大尺寸的球形阳离 子表现出强的键合性和选择性，见6。
1967年 1953年
分子机械 高度复杂的自组装结构 传感器和电子-生物接口
自我复制系统 分子信息处理设备
1980s
1990s
van der Waals 分子间力
Latimer/Rodebush 氢键
Charles J. Pedersen 冠醚
Donald J. Cram Jean-Marie Lehn
.
17
为了获得高度的识别，要求ρ和σ具有更 大的接触面积。当ρ能包含其客体，以建立 许多非共价键相互作用，并对其分子尺寸、 形状和结构等因素都十分敏感时，就产生 了高度识别。如果受体分子所含分子内空 穴对底物适宜，就产生了配合，称为空穴 配体(cryptate)。
.
18
球形识别：
最简单的识别过程就是球型底物的识别， 这些底物可以是带正电荷的金属阳离子(碱、碱 土、稀土金属离子)，也可以是带负电荷的卤素 阴离子。
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1
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。
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2
机械-互锁分子结构
Fischer 酶-底物->锁和钥匙
沃森/克里克 DNA双螺旋模型
1873年
1920年
1894年
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在20世纪中，人们把大千世界内各种物质 的运动都还原为原子、分子的运动和性质这一 层面上。但是，在人们企图将现代科技再推进 一步时，遇到了极大的障碍，这是因为人们的 认识上存在盲区，或者说人类知识的大厦存在 一个裂缝。在裂缝的一边是以原子和分子为主 体的微观世界，而另一边是人类活动的宏观世 界。
Fritz Vogtle 形状和离子选择性受体
简介
作用力
受体
自组装
分子器件 3
超分子化学的定义和范畴
►Lehn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”。
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8
分子能够聚集在一起形成有用的材 料，是由于分子间存在相互作用。人们 在长期科学研究中也发现，分子间相互 作用力对物质性能影响很大，如它们对 物质熔点、沸点、溶解性和表面吸附等 的影响。但就那一时期科学和技术的发 展水平而言，还仅仅停留在证实其存在， 以及它们对物质性质影响这一程度上。
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进入20世纪70年代，由于大环化学、 胶体化学、单分子膜和液晶等方面的研 究，人们重新对分子间相互作用产生了 兴趣。当然关心的不再是分子间相互作 用的存在以及它们对材料性能的影响， 而是利用存在于不同分子中的“信息”， 即分子间相互作用，实现分子间的识别 和自组装，形成具有一定功能的超分子。 这些工作可表示为：
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。
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4
超分子化学是分析化学、有机 化学、无机化学、物理化学和高分 子化学等各个化学分支的重新结合 得以实现的载体（vehicle）.
两个世界不是一般人们所想象的那样直接 而简单的联系，而是存在一个过渡区，这个领 域就是超分子科学。
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12
ห้องสมุดไป่ตู้
超分子相互作用本质
离子-离子相互作用 偶极-偶极相互作用 阳离子-π相互作用 范德华作用力 疏水效应
离子-偶极相互作用 氢键 π-π堆积 固体中的紧密堆积
简介
作用力
受体
自组装
分子器件 13
超分子化学是分子间键合的化学，它 包括两个或两个以上化学物种缔合所形成 的实体的结构和功能。基于分子互补原理， 受体和底物的键合在超分子中形了分子识 别、催化、反应、转换和传递等功能。多 分子组织、受体、载体和催化相结合，可 导致分子和超分子器件。
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14
从上面的关系式可以看出，如果仅有相互作 用并不能形成结构确定的超分子，一方面是其作 用力弱，其次是无选择性。
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。
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5
分子化学
++
超分子化学
+
简介
作用力
受体
自组装
分子器件 6
化学是在原子和分子水平上研究物质及 其相互转化的科学。
以共价键为基础的原子重组是分子化学 的一大特征，这些工作可以形象地描述 为：
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7
在客观世界中人们面对的是分子 所构成的聚集态，而且物质的性能也 是通过这样的分子集合来表现的。从 某种意义上讲，分子结构只是间接影 响物质的性能，而聚集态才是直接影 响其性能的因素。
由弱相互作用加和形成强相互作用，由各向 同性通过定向组合(选择性)形成各向异性，这是 分子化学和超分子化学的分界线。
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15
分子识别可定义为这样一个过程，对
于一个给定的受体或者一个特殊功能，底 物选择性地与之键合。仅有键合并不是识 别，因为识别和目的键合连在一起。
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底物( σ)和受体( ρ )键合形成超分子，它具有 热力学和动力学的稳定性和选择性，这里涉及到 能量和信息。所以分子识别在本质上是一个在超 分子水平上信息存贮和读出的问题。信息可能存 贮在配合物的结构中或在其键合位置(包括性质、 数目和排列)，在包围键合底物的配合体中，以 超分子的形成和缔合的速率来读出信息。对于给 定的底物，分子识别相当于受体的最佳信息内容。 这是一个延伸了的lock(锁)和key(钥匙)原理，即能 量特征和几何特征的互补。由单一平衡步骤提供 的识别可以通过多步识别和与一个不可逆过程耦 合来实现。
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球型识别就是从具有相同电荷但半径大小
不同的球的集合中选择一给定的球型离子。大 双环空穴配体1～3(如图所示)能与空穴尺寸相匹 配的离子形成稳定的空穴配合物，配体1,2,3分 别与Li + ，Na + ，K + 形成配合物，如4a所示。 其他配体对碱金属离也显示高度的选择性，其 识别特征等于或高于天然大环配体，其结构由 晶体结构测定所证实，见4b，并表征了其稳定 常数。球形大四环5对Cs+ 等大尺寸的球形阳离 子表现出强的键合性和选择性，见6。
1967年 1953年
分子机械 高度复杂的自组装结构 传感器和电子-生物接口
自我复制系统 分子信息处理设备
1980s
1990s
van der Waals 分子间力
Latimer/Rodebush 氢键
Charles J. Pedersen 冠醚
Donald J. Cram Jean-Marie Lehn
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为了获得高度的识别，要求ρ和σ具有更 大的接触面积。当ρ能包含其客体，以建立 许多非共价键相互作用，并对其分子尺寸、 形状和结构等因素都十分敏感时，就产生 了高度识别。如果受体分子所含分子内空 穴对底物适宜，就产生了配合，称为空穴 配体(cryptate)。
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球形识别：
最简单的识别过程就是球型底物的识别， 这些底物可以是带正电荷的金属阳离子(碱、碱 土、稀土金属离子)，也可以是带负电荷的卤素 阴离子。