超分子化学全解
超分子化学(完整版)
自组装
分子器件
其它受体
阴 离 子 受 体
中 性 受 体
简介
作用力
受体
自组装
分子器件
自组装
简介
作用力
简介
作用力
受体
自组装
分子器件
自组装原理
+
+ +
简介
作用力
受体
自组装
分子器件
自组装配位化合物
简介
作用力
受体
自组装
分子器件
分子器件
简介
作用力
受体
自组装
分子器件
定义
超分子
超分子化学
Supramolecular Chemistry
PK 超高分子量化学？
超越分子的化学？
简介
简介
作用力
受体
自组装
分子器件
分子化学
++
超分子化学
+
简介
作用力
受体
自组装
分子器件
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
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
A
底物
B
合成
受体
共价键 C
D
分子化学
超分子化学
相互作用 超分子
识别
自组织 自组装
转换
易位 供能组分
分子/超分子 器件
简介
作用力
受体
自组装
分子器件
作用力
化学人教版(2019)选择性必修2 超分子
有的无限伸展的
知识精讲
阅读分离C60和C70的实验示意图，寻找该实验中的超分子，加深对超分子概念的理解。
C60
＋
C70
C60
＋
C70
循环使用
氯仿
超分子 甲苯，过滤
C60
C70
溶于甲苯
溶于氯仿
C60
不溶于氯仿
超分子不溶于甲苯
知识精讲 杯酚的合成
1942年奥地利人金克（Zinke）在研究酚醛树脂的过程中，由对叔丁基酚与甲醛 溶液反应，意外合成了“杯酚”。
第四节 金属晶体与离子晶体 第2课时 超分子
学习目标
1、了解从原子、分子、超分子等不同尺度认识物质结构的意义，能 举例说明超分子的特征。
知识导航
1 超分子的概念。 2 超分子的结构特点。
本节重点 本节难点
课前引入
氢键是最强的分子间相互作用，很多分子可以通过氢键相互结合，形成具有固定 组成的一个分子簇，这就是所谓的超分子。
A、SiO2与干冰的晶体结构相似 B、SiO2耐腐蚀，不与任何酸反应 C、该SiO2超分子纳米管具有分子识别和自组装特征 D、光纤的主要成分是SiO2，具有导电性
“杯酚”和冠醚形成的超分子，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。
本节小结
超分子
一、概念 二、微粒间作用力 三、超分子大小 四、超分子的特征及应用
①分子识别 ②自组装
本节检测
1、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超分子内部分子可通过非共价键结合（ √ ）
知识精讲 思考与讨论
画出18─冠─6、21─冠─7的结构简式示意图。
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。
第七章超分子化学简介 PPT
7、2、1 能量因素
➢非常规氢键
(i) X-H---π氢键:
炔基作为质子受体形成的Cl-H…π氢键
7、2、1 能量因素
(ii)X-H---M氢键: 具有充满电子d轨道得过渡金属作为 质子受体,与X-H基团形成3c-4e氢键体系。
7、2、1 能量因素
(iii)X-H---H-Y二氢键 二氢键X-H---H-Y也可以存在于分子间或分子内。
超分子化学概念得凝聚力与学科交叉得特性,吸引了不同化学领 域得研究者。
7、2 超分子稳定形成得因素
7、2 超分子稳定形成得因素
G = H - TS
能量因素 熵因素
7、2、1 能量因素
7、2、1 能量因素
能量因素:降低能量在于分子间键得形成。
1、 van der Waals作用能 就是远程相互作用能。Kesoon、Debye与London等人得研究 分别揭示了其中静电能、诱导能与色散能得性质。
7、1 超分子得概念
超分子化合物中得组分被命名为受体( ρ ) 与底物( σ ),底物通常指 被结合得较小部分。一个特定得底物与受体选择性结合后产生了超 分子( ρσ )。
如果受体除又结合位点外,还有反应功能,则它可能在被束缚得底物 上产生一化学变化而引起超分子试剂作用。亲油得膜溶性受体可 作为载体使被束缚得底物易位。
常规氢键得一般形式就是D-H---A
由常规氢键形成的分立形结构
由常规氢键形成的链状结构
7、2、1 能量因素 由常规氢键形成的层状结构
7、2、1 能量因素
由常规氢键形成的三维网状结构
水分子之间通过O-H---O氢键形成三维网状结构的冰
7、2、2 氢键
DNA 得 碱 基 T ( 胸 腺 嘧啶)与A(腺嘌呤)之间 有 一 个 N-H---O 与 一 个 N-H---N氢键
超分子化学的基本原理和应用
超分子化学的基本原理和应用超分子化学是研究超分子体系中相互作用的科学，它是化学尤其是有机化学的一个重要分支。
与传统的分子化学不同，超分子化学的研究对象是超分子体系，而非单个的分子。
这种科学的发展，不仅使化学家们对分子间的相互作用及结构有了更深入的认识，同时也开辟出了许多新的领域，如分子识别、分子诱导异构化等。
在该领域中，分子间相互作用是非常重要的，下面将对其基本原理和应用进行详细介绍。
一、超分子化学的基本原理超分子体系是由超分子（由有机物、金属和非金属离子等组成的超大分子）组成的，其系统中相互作用很复杂，常常有静电相互作用、范德华力、氢键以及疏水作用等。
静电相互作用是指分子间电荷的互相作用以及分子离电荷的吸引、排斥作用。
例如，氨基酸中的羧基和氨基、阳离子和阴离子之间的相互作用就是静电相互作用。
范德华力是极性较小的分子之间的相互作用，可以是键键之间的或者键分散相互作用，在化学反应中起到非常重要的作用。
疏水作用则是指由于疏水基团对水的排斥作用而产生的分子间的相互作用。
在生命物质中，疏水作用常常用来保持分子的结构稳定。
此外还有氢键相互作用，为分子间重要的相互作用方式，其稳定性很强，能够形成氢键的分子对有许多，如酒精、胺和酚等。
氢键常常用于酸碱根的体系。
该作用力在组成核酸、蛋白质、淀粉等生命大分子时也发挥着重要作用。
二、超分子化学的应用1. 分子识别分子识别是超分子化学的应用领域之一，它指的是在超分子体系中通过相互作用的形式来实现化学和生物分子之间的特异性分离和识别。
这种方法的优点是速度快、选择性高、灵敏度和迅速性优异，可与当前的其他分析方法相结合。
2. 分子传输当分子间环境的构象发生变化时会促进分子间相互作用，这种相互作用会对超分子化学中的物质传输起到重要的作用。
例如，蛋白质在体内运输、分泌和吸收就需要配合各种无机和有机物质，并在传输的过程中保持稳定。
3. 药物载体超分子化学作为药物载体的应用也非常广泛。
《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。
超分子化学概述
超分子化学概述# 超分子化学概述同学们，今天咱们来聊聊超分子化学这个很有趣的领域。
不过在这之前，咱们得先复习一些基础的化学概念，这样才能更好地理解超分子化学哦。
一、化学键咱们先来说说化学键吧。
你们可以把化学键想象成原子之间的小钩子，这些小钩子把原子们紧紧地连在一起，就像搭积木一样，让原子组成各种各样的分子。
这里面有两种特别重要的键，一个是离子键，一个是共价键。
离子键呢，就好比带正电和带负电的原子像超强磁铁一样吸在一起。
比如说氯化钠（NaCl），钠原子（Na）很容易失去一个电子变成带正电的钠离子（Na⁺），而氯原子（Cl）很容易得到一个电子变成带负电的氯离子（Cl⁻），这一正一负就像磁铁的南北极，吸得死死的，这就是离子键。
共价键呢，是原子们共用小钩子连接起来的。
就像两个人共同拉着一个小钩子，谁也不放手。
比如说氢气（H₂），两个氢原子（H）各拿出一个小钩子（电子）来共用，这样就形成了共价键，让两个氢原子紧紧地结合在一起成为氢气分子。
二、化学平衡化学平衡这个概念就像一场拔河比赛。
反应物和生成物就像是两队人在拔河。
一开始的时候，可能反应物这边人多力量大，反应就朝着生成生成物的方向进行得比较快，这就好比拔河比赛开始时，一方被另一方拉着走。
但是呢，随着反应的进行，生成物这边的力量也慢慢变强了，因为生成物的浓度在增加。
最后就会达到一种状态，就是反应物这边拉的速度和生成物这边拉回来的速度相等了，就像拔河比赛两队人都拉不动了，这时候反应就达到了平衡状态，反应物和生成物的浓度都不再变化了。
三、分子的极性分子的极性这个事儿啊，咱们可以把分子想象成一个个小磁针。
比如说水（H₂O），它就是个极性分子。
水的形状像个“V”字，氧原子（O）在中间，氢原子（H）在两边。
氧原子就像小磁针的南极，它比较吸引电子，所以带负电，氢原子就像小磁针的北极，相对带正电。
但是像二氧化碳（CO₂）就不一样了，它是直线对称的分子。
就像两个人拉着一根直直的绳子，两边是对称的。
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。
超分子化学全解
类轮烃：
没有物理阻碍的轮 烃（“线”能从 “针”的一头穿过 另一头）。类轮烃 往往是索烃和轮烃 的必要前体，由类 轮烷的模板化自组 装经由金属离子为 媒介，通过静电或 氢键作用，发生环 闭合形成索烃，因 一端或两端连接着 大的基团而使其终 止形成轮烷。
索烃和轮烷的主-客体化学合成 客体
类轮烷 主体
超分子化学
索烃和轮烷
1 总论 2 统计法合成索烃和轮烷 3 类轮烷
1 总论
索烃：是由2个或多个互锁在一起的环组成，而他们之间没有任
何化学作用。一般情况下，如果不破坏化学键，环就不能够分开。
轮烃：ห้องสมุดไป่ตู้
是由一个相当直的长分子 穿线过大环组成，像棉线 穿过针眼一样。如果不断 裂，化学键是不能分解成 一个分立的环和链的。
预反应主--客体络合物是类轮 烷中客体是缺电子的，而主体 是富电子的，由缺电子和富电 子芳香片段自组装合成轮烷， 由于π-π堆积作用，形成无 限的给体—受体列队，依照模 板方法可以形成索烃。研究结 果表明，索烃与它的两个组成 部分各自的氧化还原性质很大， 这是环合的π-π堆积作用的 直接结果。大环冠醚电子给体 和大的环番阳离子的结合，将 导致索烃聚合物的形成。
索烃 轮烷
索烃和轮烃的化学组成等同于2个或更多的独立组分，然而一个 组分穿过另一个组分的穿线方式对于产生的聚集体的物理化学 性质具有很重要的影响。结果可划分为相互串联的和螺纹状两 种异构体形式(区别于传统的化学异构体)。索烃被称作其分离的 环组成的“拓扑”异构体。
应用方面的长期性包括： 产生复杂的可开关的器件； 开发具有新的物理性质的材料； 不需要经过化学修饰来改变其性质，而实现催化光活性或氧化 还原性的物种的表面固定化。
3 类轮烷
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。
超分子化学综述
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定义超分子化学（supramolecular chemistry）是化学与生物学、物理学、材料科学、信息科学和环境科学等多门学科交叉构成的边缘科学，亦称主- 客体化学(host-guest chemistry)。
简介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。
超分子稳定形成的因素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
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预反应主--客体络合物是类轮 烷中客体是缺电子的，而主体 是富电子的，由缺电子和富电 子芳香片段自组装合成轮烷， 由于π -π 堆积作用，形成无 限的给体—受体列队，依照模 板方法可以形成索烃。研究结 果表明，索烃与它的两个组成 部分各自的氧化还原性质很大， 这是环合的π -π 堆积作用的 直接结果。大环冠醚电子给体 和大的环番阳离子的结合，将 导致索烃聚合物的形成。
2
统计法合成索烃和轮烷
索烃合成方法：统计法和依赖于自组装的“直接合成法”。
统计法：依赖于小概率，线性前体通过大环组分被穿线时，所发生的大环 的环合，这种结果自发得到的链接产物的产率很低。统计法也已经应用于 轮烷的合成。
(a)
(a)、(b)分别为索烃和轮烷的
(b)
统计法合成：长链二脂穿过氘 代三十四环烷的环面环合而成， 虽然连锁反应的产率不到1%， 但是有利地证实了索烃的存在。
3
类轮烷
直接合成索烃和轮烷的策略就是：在环合或将队列共价地固定在一 起的阻塞反应发生之前，促使反应物穿线(结合)的发生。如果反应 物主要在溶液中以主--客体自组装络合物形式存在的可能性更大。 通常，预反应主--客体络合物是类轮烷，组成自组装模板，来共价 合成适当的索烃和轮烷。
(a) (b)
(c)
(a)(b)(c)类轮烷的结构
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类轮烃：
没有物理阻碍的轮 烃（“线”能从 “针”的一头穿过 另一头）。类轮烃 往往是索烃和轮烃 的必要前体，由类 轮烷的模板化自组 装经由金属离子为 媒介，通过静电或 氢键作用，发生环 闭合形成索烃，因 一端或两端连接着 大的基团而使其终 止形成轮烷。
客体
索烃和轮烷的主-客体化学合成
索烃
类轮烷 轮烷 主体
燕山大学
-------超分子化学
化学工程与技术
2015-11-19
索烃和轮烷
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总论
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统计法合成索烃和轮烷
类轮烷
1
总论
索烃：是由2个或多个互锁在一起的环组成，而他们之间没有任
何化学作用。一般情况下，如果不破坏化学键，环就不能够分开。
轮烃：
是由一个相当直的长分子 穿线过大环组成，像棉线 穿过针眼一样。如果不断 裂，化学键是不能分解成 一个分立的环和链的。
索烃和轮烃的化学组成等同于2个或更多的独立组分，然而一个 组分穿过另一个组分的穿线方式对于产生的聚集体的物理化学 性质具有很重要的影响。结果可划分为相互串联的和螺纹状两 种异构体形式(区别于传统的化学异构体)。索烃被称作其分离的 环组成的“拓扑”异构体。
应用方面的长期性包括： 产生复杂的可开关的器件； 开发具有新的物理性质的材料； 不需要经过化学修饰来改变其性质，而实现催化光活性或氧化 还原性的物种的表面固定化。