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《超分子化学---化学研究的新视角》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、·化 学· 本文立足于化学研究的前沿领域———超分子化学,考察了超分子化学与传统化学的不同,并从哲学视角对超分子化学带给化学家研究方式的变化和思维观念的变革进行了尝试性地探讨———超分子化学化学研究的新视角闫 莉 在化学中,随着分子结构和行为复杂性程度的提超分子在性质上具有不同于分子层次的特性。我们知高,信息语言扩展到分子构造中,使分子构造表现出道,化学构造是分层次进行的,粒子相互作用形成原具有生物学特性的自组织功能。这一过程的展开向传子、原子形成分子、分子再形成超分子和超分子集统化学研究方式提出了前所未有的挑战,促使化学研合,在每一构造层次上,新的特征表现为一种
2、化学和究正在实现从结构研究向功能研究的转变,而这一前物理性质的层次性递进,说明化学发展的主线是走向瞻性的转变首先发生在超分子化学领域。复杂性和复杂物的出现。超分子就是这样一种表征化学走向复杂性的层次。超分子———分子之间的选择性结合超分子是分子之间的结合,借助的结合力是非共1987年,当莱恩(LehnJ.M.)、克拉姆(Cram价键力。同共价键力相比,非共价键力属于弱相互作D.J.)和彼得森(PertersonC.J.)三位化学家以其用,是指范德华力、静电引力、氢键力、π-相互作对发展和应用具有特殊结构的高分子的巨大贡献而获用力与疏水相互作用等。这些作用力对于化学家来说
3、得诺贝尔化学奖时,这一刻也同时预示着一门将会给并不陌生,但是在化学家的观念中,一直将这些相互化学领域带来革命性变化的新学科的诞生。果然,莱作用看作是一种难以将分子结合成稳定分子集合的弱恩在获奖演讲中,首次提出了“超分子化学”(super2相互作用力,因而未对其进行进一步研究。直到20molecularchemistry)的概念。同时克拉姆创立和提出世纪80年代,随着对冠醚化学研究的深入,化学家了主—客体化学(host—gust—chemistry)理论,彼得发现分子之间的多种作用力具有协同作用特性,通过森则发展和合成出大批具有分子识别能力的冠醚。至协同作用,分子之间能克
4、服弱相互作用的不足,形成此,以“超分子化学”为名称的新的化学学科蓬蓬勃有一定方向性和选择性的强作用力,成为超分子形勃地发展起来,并以其新奇的特性吸引了全世界化学成、分子识别和分子组织的主要作用力,其强度不次家的关注和热衷。于化学键。协同作用不是随意在任意两个分子之间都“与原子间化学键作用形成分子不同,超分子体能完成,而是需要有一个特定空间环境作为前提,通系是由多个分子通过分子间非共价键作用力缔合形成过一定形式的相互匹配,这些匹配可以是配体与受体复杂有序且具有某种特定功能和性质的实体或聚集的匹配、分子与电子互补、尺寸与形态的兼容或刚性体。从这一定义中可以看出,超分子在结合
5、方式上完与柔性的调节。例如,冠醚是通过多个氧原子与碱金全脱离了常规化学所设想的模式,结合不是发生在原属阳离子之间的电子效应、互补与尺寸匹配而结合在子层次,而是在分子层次上。结合层次的不同决定了一起。也就是说,分子之间的匹配具有高度的专一性6 世界科学200314·化 学·和选择性。破。众所周知,在整个宇宙进化中,从最初的物理进早在1894年,菲舍尔(E.Fisher)就曾设想过化到化学进化再到生物进化是一个连续进化链,而化称之为“识别”的匹配方式,超分子化学对识别的定学进化是其中的中间环节,起着从无生命的物质结构义是指受体对作用物的选择性结合并产生某些特定功进化到有生
6、命的生物功能进化的过渡作用。但是多年能的过程。它是一个自组织过程。在生物超分子体系来,化学家一直未能探索出如何从化学进化较高层次中,如DNA通过RNA转录蛋白质合成就是最高水平的高分子过渡到具有生物活性和功能特征的生物大分的组装体与超分子机器。事实上,从简单的蛋白质分子(如DNA、RNA等)。其中的一个重要原因就在于子组装成神奇的多酶组装体的过程像生物体和人类社在化学家的思维定式中,一直将化学看作是不具备复会等复杂系统一样是自动、高度有序、无缺陷地进行杂性质的简单系统。正是由于这样的思维定式,即使的。正是在这个意义上,有人甚至称超分子化学是一化学中有复杂性,也难以引起化
7、学家的注意。事实种分子社会学。一方面它是由许多分子个体相互组成上,自20世纪60年代以来,首先发韧于数学和物理的整体;另一方面,整体具有有机组织(生物、社学中的革命促使人们对传统的复杂性的认定加以反会、经济)才具有的自我演化特征。超分子这种社会思,一种描述大自然的新观点由此而生。随着物理领学特征引起了人们的极大兴趣和关注,随之而来引出域“不可逆热力学理论、动力系统以及经典力学平行一系列疑问:组成超分子的分子之间的组装为什么是发展,最后共同指明了一条必由之路,简单与复杂、自动的?自组装的原动力是什么?自组装信息存储于无序和有序之间的距离远比
