超分子化学简介
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超分子结构、超分子组装和超分子功能的学科。
它的研究对象是一些含有多种不同化学基团的复合体系，具有三维空间结构和生物分子类似的功能和特性。
目前，超分子化学已经成为化学领域的重要分支之一，其发展与人类生活的方方面面息息相关。
超分子化学的基本概念超分子化学起源于20世纪60年代，最早由法国化学家勒兰创立。
他发现，通过分子内作用力，在不改变分子化学结构的前提下，可以形成一些具有新奇物理、化学性质的分子复合体系。
这就是超分子化学的基本概念，即通过相互作用的分子或离子等基团在空间上结合形成具有特定功能和性质的大分子结构。
超分子化学的研究领域超分子化学的研究领域很广泛，包括了分子识别、分子组装、功能材料、催化反应等。
其中，超分子识别是其核心研究方向之一。
超分子识别是指相互作用基团通过非共价键的形成，在空间上特异性地识别某一物种的过程。
例如，著名的双胺帽基与双腺嘌呤复合物就是一种典型的超分子识别体系，可以选择性地识别出双腺苷一类的化学物质。
超分子化学的应用超分子化学的应用主要体现在以下几个方面：1. 分子修饰与化学传感器超分子化学通过不同基团之间的相互作用，可以实现分子修饰和化学传感效应。
例如，金属离子和荧光分子的相互作用机制可以实现对溶液中金属离子的定量检测。
2. 超分子药物超分子化学可以构建具有特定药效的分子复合体系，形成新型的治疗手段。
例如，通过药物分子与载体分子之间的相互识别作用，可以实现药物的定向输送和释放。
3. 人工光合成人工光合成是一种新型的能源利用方式，超分子化学可以构建含有多种分子基元的高分子复合体系，实现光的捕获和转换。
4. 分子电子学分子电子学是利用分子电性质来构建电子学器件的重要研究领域之一，超分子化学的研究可以为构建分子电子学器件提供新思路。
总之，超分子化学的研究与应用在化学、材料、生命科学和能源等领域有广泛应用和推广，可以为人类社会的发展和进步提供有益的支撑。
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。
无机化学中的超分子化学
无机化学中的超分子化学超分子化学是无机化学中一个重要的分支领域。
它研究的是由分子之间通过非共价相互作用形成的超分子结构以及这些结构的性质和功能。
这种相互作用包括氢键、离子-离子相互作用、离子-双键相互作用等。
在无机化学领域，超分子化学发展迅速，涉及到的应用领域广泛，对材料科学、生物化学等领域都有着重要的贡献。
超分子化学在无机化学领域的研究主要包括两个方面：一是超分子结构的合成与设计，二是超分子结构的性质与功能。
超分子结构的合成与设计是超分子化学的基础研究，它主要关注通过合成方法和策略来构建具有特定功能和性质的超分子结构。
研究者通过精确控制分子之间的空间排列和相互作用，实现了多种多样的超分子结构的合成，包括大环化合物、金属配合物、杂化材料等。
这些合成的超分子结构不仅具有丰富多样的形态和结构，还表现出了一系列独特的性质和功能。
超分子结构的性质与功能则关注超分子结构在化学、生物和材料科学中的应用。
超分子结构的性质主要包括稳定性、热力学性质和动力学性质等。
稳定性是超分子结构能够保持其形态和结构的能力，对于超分子化学的研究非常重要。
热力学性质研究超分子结构的各种物理化学性质，比如溶解度、融点等。
动力学性质则研究超分子结构形成和解离的速度以及相应的反应机理。
这些性质的研究不仅有助于深入理解超分子结构的本质，还为超分子材料的设计和合成提供了重要的理论指导。
超分子化学的应用非常广泛，涵盖了无机化学领域的多个方向。
在催化领域，超分子催化剂通过分子识别和选择性识别作用，在反应中起到模板催化、协同催化和长程催化等作用，展现出了良好的催化活性和选择性。
在药物领域，超分子化学为药物的载体设计提供了新的思路，可以通过调控超分子结构的稳定性、溶解度和释放速率等性能，实现药物的缓控释放和靶向治疗。
此外，超分子化学还在光电转换、传感器、分离与富集等领域得到广泛应用。
总之，超分子化学在无机化学领域中扮演着重要的角色。
通过研究超分子结构的合成与设计，以及性质与功能，我们可以更好地理解和掌握无机材料的结构和性质，为创造新的材料和开发新的应用提供了新的思路和方法。
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。
超分子化学及应用前景
超分子化学及应用前景超分子化学是一种研究分子之间相互作用的学科。
它的研究对象是分子、离子或原子之间的相互作用。
超分子化学的基本理论是分子间相互作用，包括氢键、离子-电荷相互作用、范德华力、π-π相互作用等。
超分子化学的应用领域非常广泛，例如药物设计，纳米材料制备，生物分子识别等。
下面将从分子自组装、生物分子识别以及纳米材料制备几个方面来深入探讨超分子化学的研究内容和应用前景。
一、分子自组装分子自组装是超分子化学研究的重要领域之一。
分子自组装是指分子在一定条件下自发地组装成二维、三维超分子结构的过程。
分子自组装是一种特殊的超分子化学过程。
分子自组装的最大特点是能自我识别和自我组装。
分子自组装具有高效、低成本、低毒性、可控性和易复现等优点，因此在纳米材料设计、药物输送等领域具有广泛的应用前景。
近年来，分子自组装技术在纳米材料制备方面得到了广泛应用。
例如，通过分子自组装法可以制备出具有特殊性能的金属纳米粒子、二维纳米材料、三维立方体纳米晶体等。
这些纳米材料在电子学、催化剂、能源材料等领域有着广泛的应用前景。
二、生物分子识别超分子化学的另一个应用领域是生物分子识别。
生物分子识别是指分子通过相互作用识别和结合特定的生物分子。
生物分子识别在药物设计、疾病诊断、生物传感器以及基因识别等领域具有广泛的应用。
在药物研发方面，生物分子识别技术被广泛应用于药物分子的设计和发现。
利用分子自组装技术和生物分子识别技术，可以设计出特定结构和特定作用的药物分子，具有高效性、低毒性、良好的生物相容性等优点。
例如，利用共价键和非共价键相互作用，可以设计出智能型药物释放系统，具有对肿瘤局部性治疗的独特优势。
三、纳米材料制备纳米材料制备也是超分子化学的重要应用领域。
纳米材料是一种尺寸在纳米级别的材料，具有较大的表面积和量子效应等特殊性质。
纳米材料的制备方法非常多样，其中，超分子化学在制备纳米材料方面具有很大的优势。
利用分子自组装技术，可以制备出细胞膜样纳米结构、多层空心球体结构、纳米管结构等新型纳米材料。
超分子化学的基本概念与应用
超分子化学的基本概念与应用超分子化学是研究分子之间相互作用和组装形成超分子结构的一门学科。
它的发展源于对分子之间非共价相互作用的研究，如静电作用力、范德华力、氢键等。
超分子化学的研究对象包括分子自组装、分子识别、分子诱导的组装等。
这些研究不仅有助于深入理解分子间相互作用的本质，还可以为设计和构建新材料、新催化剂、新药物等提供理论指导。
超分子化学的基本概念之一是分子自组装。
分子自组装是指分子在适当的条件下，由于分子间相互作用的驱动而自发地组装成特定的结构。
这种自组装过程可以通过控制溶剂、温度、浓度等条件来实现。
分子自组装的研究不仅揭示了自然界中许多生物体的组织结构形成原理，还为制备功能性材料提供了新的途径。
例如，通过分子自组装可以制备出具有特定功能的纳米颗粒、薄膜等。
另一个重要的概念是分子识别。
分子识别是指分子之间通过特定的相互作用，如氢键、金属配位等，实现对特定分子的选择性识别。
通过分子识别，可以实现对特定分子的检测、分离和分析。
例如，利用分子识别可以制备出高选择性的传感器，用于检测环境中的有害物质。
分子识别还可以应用于药物的设计和筛选，通过与特定的受体结合，实现对疾病相关分子的选择性干预。
超分子化学的另一个重要领域是分子诱导的组装。
分子诱导的组装是指利用分子间相互作用，如氢键、π-π相互作用等，将分子有序地组装成特定的结构。
这种组装过程可以通过调控溶剂、温度、浓度等条件来实现。
分子诱导的组装不仅可以制备出具有特定功能的材料，还可以为研究分子间相互作用提供模型体系。
例如，通过分子诱导的组装可以制备出具有光学、电学等特殊性质的材料，用于光电子器件的制备。
超分子化学的应用不仅局限于材料科学领域，还涉及到生物医学、环境保护、能源等多个领域。
例如，在生物医学领域，超分子化学可以用于设计和制备具有特定功能的药物载体，实现药物的靶向输送和控释。
在环境保护领域，超分子化学可以用于设计和制备具有高选择性吸附能力的材料，用于废水处理和有害气体的吸附。
超分子化学概念
超分子化学概念
超分子化学是一门研究分子之间的相互作用以及这些相互作用所形成的稳定结构和功能的学科。
在超分子化学中，重点研究分子间的非共价相互作用，如氢键、范德华力、离子作用等，并利用这些相互作用来设计、合成和调控具有特定功能的超分子体系。
超分子化学的重要概念包括分子识别、自组装和分子承载。
分子识别是指分子之间通过非共价相互作用，如氢键和范德华力，实现对特定配体结构的识别和选择性结合。
自组装是指在适当的条件下，分子通过非共价相互作用自发地组装成稳定的超分子结构，如聚集体和晶体。
分子承载是指一种分子能够通过与其他分子的相互作用形成一种容器结构，使其他分子能够进入其中并被固定或释放出来。
超分子化学的研究内容涉及多个领域，如有机化学、物理化学、生物化学等，其应用范围也非常广泛。
超分子化学的研究成果已经在材料科学、药物设计、化学传感器、催化剂设计等领域产生了重要的应用价值。
超分子化学简介
（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。
是由分子间非共价键的相互作用，将分子结合 和组织在一起，形成比分子本身要复杂得多的 化学物种。
超分子化学是研究分子社会行为和分子间键的化学. 经典化学中 分子中的键是共价键(或配位键). 从某种意义上来讲, 超分子化学 淡化了有机化学、无机化学、生物化学,催化科学,材料科学相互 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)有机的合 为一个整体,融会贯通.从而为分子器件、材料学和生命科学的发 展开辟了一条崭新的道路, 并提出了二十一世纪化学发展的一个 重要方向.
（c）M-L配位键 金属原子和配位体间形成的共价配键为主
(d) 疏水效应：溶液中疏水基团或油滴互相聚集， 增加水分子间氢键的数量。
（e）···· 堆叠作用
面对面
边对面
（f）诱导偶极子－诱导偶极子的作用 即色散力：范德华力
2. 熵增加因素
（a）螯合效应：由螯合配位体形成的配合物比相同配位 数和相同配位原子的单啮配位体形成的配合物稳定的效 应。
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。
超分子化学和自组装
超分子化学和自组装超分子化学是一门涉及分子间非共价相互作用的科学。
它是由诺贝尔化学奖得主让-马里·勒克勒（Jean-Marie Lehn）等人于20世纪70年代提出的，而自组装是其核心概念之一。
超分子化学涉及的领域超分子化学是一门跨学科领域的科学。
它涉及物理化学、有机化学、生物化学、材料科学等许多学科，可以应用于各个领域。
例如，在药物研发领域，超分子化学可以帮助开发新型药物，提高药物的生物利用度；在材料科学领域，超分子化学可以用于设计和制备功能材料，如材料传感器、聚合物膜、有机发光二极管。
自组装是超分子化学的核心概念自组装指的是一组分子在满足一定条件下，由于相互作用而组织形成特定的结构。
这种组装方式不同于化学反应，因为在化学反应中，不同化合物之间的共价键会形成化合物。
而自组装没有这种共价键的形成，只能依靠分子间的非共价相互作用，如范德华力、氢键、静电作用等。
因此，自组装的优点在于，不需要对分子进行化学改性，通过调节反应条件和分子相互作用方式，可以实现特定的结构组装。
自组装的缺点在于，反应条件和分子之间的相互作用需要精细控制，否则会导致结构缺陷和不规则形态的出现。
自组装的应用自组装在材料科学、生物科学、化学、医学等领域都有广泛的应用。
在材料科学中，自组装可以用于制备功能材料。
例如，利用自组装法可以制备聚合物膜，这种膜可以用于制备固体聚合物电解质，或用于微流控芯片的制备等。
此外，在微纳技术中，自组装也有着广泛的应用，可以制备微观/纳米结构。
在生物科学中，自组装可以用于制备人造细胞膜，或制备特定结构的蛋白质骨架。
在化学领域中，自组装具有一些特殊的应用。
例如，可以利用自组装法制备磁性和金属纳米粒子，这些粒子可以用于制备磁性流体、生物成像等。
在医学领域中，自组装可用于制备针对特定疾病的药物载体体系，以实现药物的靶向输送。
总结超分子化学和自组装是一门基础研究领域，也是一门应用非常广泛的技术。
它们的应用不仅可以帮助我们了解自然界中的分子作用，而且有着广泛的应用价值。
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。
超分子化学略讲
超分子化学略讲超分子化学是一门研究超分子结构和性质的化学学科，它涉及到超分子有机、无机化学以及材料科学等领域。
超分子化学以生物大分子为启示，研究各种分子间相互作用所形成的自组装结构。
在这些结构中，分子间相互作用起着至关重要的作用，如弱相互作用力的范德华力、氢键和离子对等。
这些相互作用力形成了分子间的力场，使分子间在空间上得以组合成自我组装的结构，并呈现出新的物理、化学性质。
这种结构被称作“超分子结构”。
超分子化学的研究方向非常广泛，包括了自我组装、分子识别、分子模拟、分子机器、分子承载体等多个方面。
其中，分子识别是超分子化学的重要分支。
分子间相互作用（如氢键、共价键等），使得分子能够相互识别并耦合形成一个较大的超分子结构，在这个过程中发挥着至关重要的作用。
自我组装是超分子化学的另一个重要分支。
自我组装是指一组相互作用的分子，在外部条件的作用下自动形成高度结构化和化学功能化合物的过程。
这种自我组装可以在大气压和温度下通过液相、固相或气相方式进行，因而具有潜在的实用价值。
自我组装体系的形成依赖于多种因素，包括分子间相互作用、溶剂效应、温度、压力等。
分子机器是超分子化学的又一个重要分支。
分子机器是指一种能够将分子间的势能转化为机械运动的分子系统，由分子间相互作用构成。
它们通常是由分子构建而成的，但比分子更大，比组织更小。
分子机器还可以通过光、电、磁场等外部信号的作用实现控制。
因此，分子机器具有高效、经济和环保等优点，将在许多领域中得到广泛应用。
分子承载体也是超分子化学的一个重要研究方向。
特定的分子结构可以提供一种容纳其他分子的空间，从而形成承载体。
分子承载体可以把药物、光源、光敏物等包装在里面，以实现高效率的传递、释放和反应。
这些承载体可以在各种方面应用，如药物运输、光敏材料、发光等领域。
总之，超分子化学是一门具有广泛实用价值的学科，涉及到许多方面，如自我组装、分子识别、分子机器、分子承载体等等。
通过研究超分子结构和性质，我们可以提高新材料的合成效率，设计新型分子机器，并开发出更有效、更环保的药物等。
超分子化学
前景
前景
超分子化学超分子化学研究的内容主要包括：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、二维和三维的无机络； 超分子化学中的物技术的应用。现代化学与 18、19世纪的经典化学相比较，其显著特点是从宏观进入微观，从静态研究进入动态研究，从个别、细致研究发 展到相互渗透、相互的研究，从分子内的原子排列发展到分子间的相互作用。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。
谢谢观看
发展简史
发展简史
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
超分子
作者： [英]J.W.斯蒂德、J.L.阿特伍德 出版社：化学工业出版社出版日期： 2006年07月
ISBN： 7-5025-8697-0开本： 16开 类别：综合化学化工,有机化学化工,物理化学,高分子科学工程页数： 528页 简介
《超分子化学》详细阐述了与超分子体系相关的概念、术语与命名，系统全面地介绍了几乎所有重要的超分 子化学体系。从超分子体系的功能角度出发，分别介绍了阳离子络合主体、阴离子络合主体、中性络合主体，晶 体工程、自组装、分子器件、生命现象和生物模拟等分支领域。涉及的超分子主体有冠醚、环糊精。杯芳烃。索 烃，轮烷、环番。树枝状大分子等。系统全面。除了介绍超分子化合物的组装和合成方法之外，还介绍了超分子 结构化学和超分子物理化学方法，有助于开拓研究思路。
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
超分子定义
超分子定义
超分子是指由分子间的非共价相互作用(如静电力、范德华力、氢键等)所形成的有序结构体系。
这种结构在生物学、化学、材料科学等领域中都有广泛的应用。
超分子化学是一门研究分子间相互作用的学科，旨在了解和控制超分子结构的性质和应用。
超分子化学涉及的分子包括有机分子、无机分子、金属离子、配位体等。
超分子的形成与分子间的相互作用密切相关，这种相互作用可以分为静电相互作用、氢键相互作用、范德华相互作用等。
超分子化学的应用非常广泛，其中最为重要的应用之一是在药物研究方面。
药物的分子结构是由多个分子组成的，这些分子之间的相互作用会影响药物的吸收和代谢，因此通过超分子化学的方法研究药物的分子结构可以提高药物的效率和减少副作用。
在材料科学中，超分子化学也有着广泛的应用。
如在高分子材料中，超分子结构可以影响材料的力学性质、热性质等。
通过超分子化学的方法，可以调节高分子材料的分子结构，从而控制材料的性质，使其更加适用于不同领域。
除了药物和材料科学，超分子化学还有着广泛的应用，如在催化剂的研究中、生物分子的识别和检测中等领域。
在这些领域中，超分子化学的方法可以用于设计和合成更加高效、具有特殊性能的分子
结构。
超分子化学是一门研究分子间相互作用的学科，涉及的领域非常广泛，包括药物研究、材料科学、催化剂研究等。
超分子化学的研究方法可以用于设计和合成更加高效、具有特殊性能的分子结构，从而为各个领域的应用提供支持。
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。
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主客体系
(host-guest system)
旋转体
(rotaxanes system)
联锁体
(catenanes system)
A
B
C
பைடு நூலகம்
D
共价键联结的四元体系
(covalently-linked molecular components)
6.5、超分子稳定形成的因素
G = H - TS
能量因素 熵因素
并不是所有的π-π堆积作用都会产生CT吸收。
范德华力没有方向性和饱和性，作用范围小于1nm，作用能约比 化学键小1 ~ 2个数量级
超分子相互作用力：阳离子−π相互作用 阳离子−π相互作用从本质上来讲是一种静电作用，形成于 带正电荷的阳离子和双键π电子之间，键能在5-80 kJ mol1之间。
1. 能量因素
能量因素：降低能量在于分子间键的形成。
（a）静电作用
盐键
＋
正－负离子
R-COO－····+H3N-R 正负基团
离子－偶极子作用
＋
－+
偶极子－偶极子作用
－＋
－＋
（b）氢键 常规氢键 X-H····Y X, Y = F, O, N, C, Cl 非常规氢键 X-H···· X-H····M X-H····H-Y
是由分子间非共价键的相互作用，将分子结合 和组织在一起，形成比分子本身要复杂得多的 化学物种。
超分子化学是研究分子社会行为和分子间键的化学. 经典化学中 分子中的键是共价键(或配位键). 从某种意义上来讲, 超分子化学 淡化了有机化学、无机化学、生物化学,催化科学,材料科学相互 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)有机的合 为一个整体,融会贯通.从而为分子器件、材料学和生命科学的发 展开辟了一条崭新的道路, 并提出了二十一世纪化学发展的一个 重要方向.
气相中K+与苯的相互作用能大约为80 kJ mol-1，而K+与单 个水分子的结合能只有75 kJ mol-1。K+在水中溶解度比在 苯中大，是由于在水中K+可以和多个水分子作用，而在苯 中K+周围可以环绕的苯分子较少
其他的超分子相互作用力
有机阳离子-π相互作用
分子间键的协同作用
阴离子-π相互作用
6.3、超分子相互作用 力
超分子相互作用力：π- π堆积作用
方香堆积作用，是发生在芳香环之间的一种弱相互作用， 通常存在于相对富集电子和缺电子的两个分子之间。它也 是超分子体系中一种广泛存在且有着重要作用的分子键。 计算表明典型的π –π堆积作用的强度大约2KJ.mol-1
早期的研究认为π-π堆积作用是电子在工体（D）和 受体（A)之间交换的结果，该理论由于可以有效地解 释π-π堆积作用中常见的所谓电荷转移（chargetransfer,CT.指在波长方向出现的既不属于D也不属于 A的新的吸收带）而被广泛接受。
（c）M-L配位键 金属原子和配位体间形成的共价配键为主
(d) 疏水效应：溶液中疏水基团或油滴互相聚集， 增加水分子间氢键的数量。
（e）···· 堆叠作用
面对面
边对面
（f）诱导偶极子－诱导偶极子的作用 即色散力：范德华力
2. 熵增加因素
（a）螯合效应：由螯合配位体形成的配合物比相同配位 数和相同配位原子的单啮配位体形成的配合物稳定的效 应。
主要内容 6.1 超分子化学 6.2 富勒烯化学 6.3纳米粒子 6.4碳纳米管
6.1、超分子化学基本概念
即具有特定的相行为和比较明确的微观结构和宏观特征。 由分子到超分子和分子间键的关系，正如由原子到分子 和共价键的关系一样。
分子间力（2-30kJ·mol-1，取向力、诱导力、色散 力）分子之间弱的相互作用——分子间力，又叫范 德华力。
特点： （a）研究晶态超分子 （b）分子间相互作用可直接用X射线晶体学研究，结论明确、可靠。 （c）设计方案既包括晶体中分子在空间的排列，也能将强的和弱的相互作用结 合考虑。 （d）设计的物种既包括单组分，也包括多组分体系。 （e）在主宾络合物型式的超分子中，主体孔穴可由几个分子组成。
2. 晶体工程的谋略
logK logK
Co(NH3)62+ 5.1
Ni(NH3)62+ 8.7
Co(en)32+ 13.8
Ni(en)32+ 18.6
（b）大环效应：和螯合效应有关，在能量因素和熵因素上 增进体系稳定性。
LogK -H/kJ·mol-1 S/J·k-1·mol-1
11.24 44.4 66.5
15.34 61.9 85.8
非极性分子之间：
色散力
极性分子和非极性分子之间：色散力、诱导力
极性分子之间：
色散力、诱导力、定向力
由于分子间作用力的多样性和复杂性，以及对 于像生命物质的重要作用和影响，超分子化学 的内容已迅速地扩展，不仅包含化学各个分支， 还包含物理学、生物学等许多学科，逐渐结合 成新的学科领域。
6.2、超分子的研究对象：
（a）式样的设计 选择原子或基团（简称结点）成键的方向性，以及双功能配体（简称连接棒）的长短、 大小和性质，建筑出多种式样的超分子，如下图。
（b）合成子的设计
设计形成较强的和稳定的分子相互作用的物种（），使形成条状、带状、环 状和层状聚集体。
通过羧酸间的氢键就是很好的实例： （a, b)一维带状；（c）二维层状；（d）三维骨架
固体中的密堆积作用 憎溶剂效应
疏水效应-----熵增加效应 熵效应-----疏水效应的本质 极性相似相溶原理
氢键和π-π 堆积作用
π-π 堆积作用和静电作用 疏水作用和配位作用
氢键和配位作用
6.4、 超分子体系的种类
L LM L
HG H
L
大的金属环、螺 旋环化合物
(cage type system)
（c）疏水效应（空腔效应）
疏水空腔 相对有序水
无序水
（d）Mo-C和Mo-N键组装成的超分子
6.6、疏水作用的识别和组装
环糊精内壁为疏水性。 当环糊精接上一个疏水基团（如Ph-C4H9）这个基团通过识别内壁的 疏水性，并自组装成长链。
6.7、晶体工程
1. 概念和特点
概念： 许多晶体是完美的超分子 将超分子化学原理、方法以及控制分子间作用的谋略于晶体，形成晶体工程。 晶体工程是通过分子堆积，设计和制出奇特新颖、花样繁多、具有特定性质的 新晶体。