超分子化学PPT资料

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。
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。
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。
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'
Hale Waihona Puke antisyn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、 分子储存器、分子计算机等
新型超分子化合物
多年前提出的许多拓扑结构： 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
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
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
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
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。
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
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。
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。
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