超分子化学简介
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静电作用 两种极性分子的永久偶极矩μ1与μ2之间产生的相互 作用能属于静电能，亦称Kesoon能，平均能量为
7.2.1 能量因素 诱导作用
极性分子的永久偶极矩μ1，会使极化率为α2的邻近分子发生电 荷位移，出现诱导偶极矩。永久偶极矩和诱导偶极矩之间的相互作 用能称为诱导能，亦称Debye能。平均值为
第七章 超分子化学简介 Introduction to supermolucular chemistry
第7章目录
7.1 超分子的概念 7.2超分子稳定形成的因素
7.2.1 能量因素 7.2.2 熵增加因素 7.2.3 锁和钥匙原理 7.3 分子识别和自组装 7.3.1 两个概念 7.3.2 冠醚和穴状配体的识别和组装 7.3.3 氢键识别和自组装
强 共价作用为主
120~60 220~250 120~150 175~180
中等 静电作用为主
60~16 250~320 150~220 130~180
色散作用
非极性分子虽没有永久偶极矩，却有瞬间偶极矩，使邻近分子 产生诱导偶极矩，瞬间偶极矩与诱导偶极矩间的相互作用能称为色 散能，亦称London能。近似表达式为
7.2.1 能量因素
在超分子中，van der Waals作用能对包合物的形成非常 重要，但这种作用能通常没有方向性和饱和性，因而在超分 子化学中设计主-客体的选择性配合时应用有限。
超分子命名 描述被结合底物与受体间的相对空间位置也需要一些方式。 外部加合复合物可以表示成[A，B]或[A//B], σ∈ρ 表示σ 与ρ 的包合；σ∩ρ ，表示σ 与ρ 部分交叠
目前，超分子化学的术语正在形成之中，一个有概念、术语和琐碎 的名词组成的体系正在产生之中。
超分子化学概念的凝聚力和学科交叉的特性，吸引了不同化学 领域的研究者。
7.2.1 能量因素
2. 氢键作用
常规氢键的一般形式是D-H---A。D是氢键给体，A是 氢键受体。也可以是对称氢键X-H-X。按其作用能大小， 可分为强氢键、中等氢键、弱氢键3类。
（1）强氢键、中等氢键和弱氢键
氢键性质
D-H---A相互作用 键能/（kJ·mol-1） 键长/pm D---A
H---A 键角/（º）
7.2 超分子稳定形成的因素
7.2 超分子稳定形成的因素
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的形成。
1. van der Waals作用能 是远程相互作用能。Kesoon、Debye和London等人的研究分 别揭示了其中静电能、诱导能和色散能的性质。
超分子物种基本功能：分子识别、转换、易位。
结合组织化的多分子有序体和相（层结构、膜、囊泡、液晶等） ，功能超分子可以导致分子和分子器件的发展。
近期的研究方向涉及到自发过程（自组装、自组织、复制）和程 序化高分子设计。
Fra Baidu bibliotek
7.1 超分子的概念
超分子化学分成部分交叉的两大领域
⑴ 超分子 指几个组分（一个受体及一个或多个底物）在分子识别原理的 基础上按照内装的构造方案通过分子间缔合而形成的含义明确 的、分立的寡聚分子物种
识别
自组织 自组装
转换
易位 供能组分
分子/超分子 器件
7.1 超分子的概念
一个化学物种是通过其组分、通过把这些组分连在一起的价键 的性质，及由此产生的空间（几何、拓扑）特征而被定义
超分子物种是由其组分、建筑或超结构的空间排列、连接组分的 分子间价键的性质来表征。具有确定的结构、构象、化学热力学 、动力学和分子动力学性质。不同类型的相互作用力是可以区分 的，代表不同程度的强度、取向及对距离和角度的依赖性。
第7章目录
7.3.4 配位键的自组装 7.3.5 疏水作用的识别和组装 7.4 晶体工程 7.4.1 概念和特点 7.4.2 晶体工程的谋略 7.4.3 晶体工程构筑示例 7.5 应用和展望
7.1 超分子的概念
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，它拓展后导致了分子识别的出现并证明为一 新的化学领域，进一步延伸到分子相互作用和过程， 并广泛扩展到其他领域后诞生了超分子化学。
7.1 超分子的概念
超分子化学研究对象是：超分子实体（supramolecular entities),即具有分子本身的特征并由这些特征来定义的超 分子（supermolecule）。
分子与原子和共价键的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 的下一个层次的物质的复杂性。化学术语中的原子、 分子、超分子相当于字母、单词和句子。
7.1 超分子的概念
超分子化合物中的组分被命名为受体（ ρ ） 和底物（ σ ），底物 通常指被结合的较小部分。一个特定的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，则它可能在被束缚的 底物上产生一化学变化而引起超分子试剂作用。亲油的膜溶性受 体可作为载体使被束缚的底物易位。
⑵ 超分子有序体
指数目不定的大量组分自发缔合产生某个特定的相而形成得多 分子实体。这里，特定的相（薄膜、层结构、膜结构、囊泡、 胶束、液晶相、固态结构等）或多或少具有确定的微观组织和 取决于本性的宏观性质。
域自身所表明的，从分子化学到超分子化学的过渡导致了对象和 目标从结构和性质变成了体系和功能。
7.1 超分子的概念
超分子化学定义的表述：正如基于共价键存在着分子 化学领域，基于分子有序体和分子间价键而存在这超 分子化学
超分子化学是超越分子之上的化学，超分子是由两个或 者更多的化学物种通过分子间力缔合在一起而形成的具 有更高复杂性的有组织实体。
7.1 超分子的概念
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
作用力：金属离子配位键、静电引力、氢键、范德华相互作用、 给体-受体相互作用。 强度分布：氢键的弱到中等（如酶-底物），到金属离子配位键的 强或非常强（其强度可达到包含很多独立相互作用的抗原抗体作 用强度范围，或更强些）。 超分子物种的热力学稳定性不如分子，但动力学上更易变，具有 动态柔顺性。
超分子化学涉及的是软化学键，代表一门“软化学”。
7.2.1 能量因素 诱导作用
极性分子的永久偶极矩μ1，会使极化率为α2的邻近分子发生电 荷位移，出现诱导偶极矩。永久偶极矩和诱导偶极矩之间的相互作 用能称为诱导能，亦称Debye能。平均值为
第七章 超分子化学简介 Introduction to supermolucular chemistry
第7章目录
7.1 超分子的概念 7.2超分子稳定形成的因素
7.2.1 能量因素 7.2.2 熵增加因素 7.2.3 锁和钥匙原理 7.3 分子识别和自组装 7.3.1 两个概念 7.3.2 冠醚和穴状配体的识别和组装 7.3.3 氢键识别和自组装
强 共价作用为主
120~60 220~250 120~150 175~180
中等 静电作用为主
60~16 250~320 150~220 130~180
色散作用
非极性分子虽没有永久偶极矩，却有瞬间偶极矩，使邻近分子 产生诱导偶极矩，瞬间偶极矩与诱导偶极矩间的相互作用能称为色 散能，亦称London能。近似表达式为
7.2.1 能量因素
在超分子中，van der Waals作用能对包合物的形成非常 重要，但这种作用能通常没有方向性和饱和性，因而在超分 子化学中设计主-客体的选择性配合时应用有限。
超分子命名 描述被结合底物与受体间的相对空间位置也需要一些方式。 外部加合复合物可以表示成[A，B]或[A//B], σ∈ρ 表示σ 与ρ 的包合；σ∩ρ ，表示σ 与ρ 部分交叠
目前，超分子化学的术语正在形成之中，一个有概念、术语和琐碎 的名词组成的体系正在产生之中。
超分子化学概念的凝聚力和学科交叉的特性，吸引了不同化学 领域的研究者。
7.2.1 能量因素
2. 氢键作用
常规氢键的一般形式是D-H---A。D是氢键给体，A是 氢键受体。也可以是对称氢键X-H-X。按其作用能大小， 可分为强氢键、中等氢键、弱氢键3类。
（1）强氢键、中等氢键和弱氢键
氢键性质
D-H---A相互作用 键能/（kJ·mol-1） 键长/pm D---A
H---A 键角/（º）
7.2 超分子稳定形成的因素
7.2 超分子稳定形成的因素
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的形成。
1. van der Waals作用能 是远程相互作用能。Kesoon、Debye和London等人的研究分 别揭示了其中静电能、诱导能和色散能的性质。
超分子物种基本功能：分子识别、转换、易位。
结合组织化的多分子有序体和相（层结构、膜、囊泡、液晶等） ，功能超分子可以导致分子和分子器件的发展。
近期的研究方向涉及到自发过程（自组装、自组织、复制）和程 序化高分子设计。
Fra Baidu bibliotek
7.1 超分子的概念
超分子化学分成部分交叉的两大领域
⑴ 超分子 指几个组分（一个受体及一个或多个底物）在分子识别原理的 基础上按照内装的构造方案通过分子间缔合而形成的含义明确 的、分立的寡聚分子物种
识别
自组织 自组装
转换
易位 供能组分
分子/超分子 器件
7.1 超分子的概念
一个化学物种是通过其组分、通过把这些组分连在一起的价键 的性质，及由此产生的空间（几何、拓扑）特征而被定义
超分子物种是由其组分、建筑或超结构的空间排列、连接组分的 分子间价键的性质来表征。具有确定的结构、构象、化学热力学 、动力学和分子动力学性质。不同类型的相互作用力是可以区分 的，代表不同程度的强度、取向及对距离和角度的依赖性。
第7章目录
7.3.4 配位键的自组装 7.3.5 疏水作用的识别和组装 7.4 晶体工程 7.4.1 概念和特点 7.4.2 晶体工程的谋略 7.4.3 晶体工程构筑示例 7.5 应用和展望
7.1 超分子的概念
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，它拓展后导致了分子识别的出现并证明为一 新的化学领域，进一步延伸到分子相互作用和过程， 并广泛扩展到其他领域后诞生了超分子化学。
7.1 超分子的概念
超分子化学研究对象是：超分子实体（supramolecular entities),即具有分子本身的特征并由这些特征来定义的超 分子（supermolecule）。
分子与原子和共价键的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 的下一个层次的物质的复杂性。化学术语中的原子、 分子、超分子相当于字母、单词和句子。
7.1 超分子的概念
超分子化合物中的组分被命名为受体（ ρ ） 和底物（ σ ），底物 通常指被结合的较小部分。一个特定的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，则它可能在被束缚的 底物上产生一化学变化而引起超分子试剂作用。亲油的膜溶性受 体可作为载体使被束缚的底物易位。
⑵ 超分子有序体
指数目不定的大量组分自发缔合产生某个特定的相而形成得多 分子实体。这里，特定的相（薄膜、层结构、膜结构、囊泡、 胶束、液晶相、固态结构等）或多或少具有确定的微观组织和 取决于本性的宏观性质。
域自身所表明的，从分子化学到超分子化学的过渡导致了对象和 目标从结构和性质变成了体系和功能。
7.1 超分子的概念
超分子化学定义的表述：正如基于共价键存在着分子 化学领域，基于分子有序体和分子间价键而存在这超 分子化学
超分子化学是超越分子之上的化学，超分子是由两个或 者更多的化学物种通过分子间力缔合在一起而形成的具 有更高复杂性的有组织实体。
7.1 超分子的概念
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
作用力：金属离子配位键、静电引力、氢键、范德华相互作用、 给体-受体相互作用。 强度分布：氢键的弱到中等（如酶-底物），到金属离子配位键的 强或非常强（其强度可达到包含很多独立相互作用的抗原抗体作 用强度范围，或更强些）。 超分子物种的热力学稳定性不如分子，但动力学上更易变，具有 动态柔顺性。
超分子化学涉及的是软化学键，代表一门“软化学”。