超分子化学在色谱分离中的应用

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1、超分子在色谱分离中的应用2013-2014学年第一学期分离技术班级：学号：学生姓名：2013年11月30日超分子在色谱分离中的应用摘要：综述了超分子化学在分离中的应用，简述了超分子化学的起源发展及历史，阐述了超分子化学的基本概念和原理，并分析研究了几代超分子化合物在色谱分离中应用的原理、研究现状和应用前景，进行了总结及展望。关键字：超分子色谱分离分析研究一.超分子的基本概念及发展历史超分子化学是基于分子间的非共价键相互作用而形成的分子聚集体的化学。在与材料科学、生命科学、信息科学、纳米科学与技术等其它学科的交叉融合中，超分子化学已

2、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。“超分子”一词早在2O世纪30年代已经出现，但在科学界受到重视却是5O年之后了。1987年诺贝尔化学C．J．Pederson、D．J．Cram和J．M．Lehn，标志着化学的发展进入一个新的时代。发轫于Pederson对冠醚的基本性发现而分别由Cram和Lehn发展起来的主一客体化学和超分子化学的重要意义才被人们真正认识到。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

3、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，Pederson认为它的立体结构宛如王冠，而醚氧原子就象镶嵌在王冠上的钻石，因而取名冠醚(图1)。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。这可以说是第一一个在人工合成中的自组装作用。Cram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，Peder—son的工作一发表，他就意识到这是一个人口，由此开展了系列的主客体化学的研究。主客体也就是生

4、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。Lehn建议将超分子化学定义为“超出分子的化学”(Chemistrybeyondthemolecule)。早在1966年，对于神经系统中的过程的兴趣，促使他想到一个化学家如何为这种最高生物功能的研究作出贡献，由于神经细胞运作与跨越细胞膜的Na+和K+的分布变化有关，因而想设计合成环肽来监控膜间K+的传递。Pederson工作发表后，Lehn意识到这种物质可以将大环抗菌素的配价能力与醚的化学稳定性结合起来，进一步考虑到具有三维球形空腔的物质，能够整体包围离子，将形成比平面大环

5、更强的配合物，由此设计了大双环配体、多重识别配体等，研究了它们的结构、催化性能、传递性能，并进一步进行分子器件的设计。超分子化学作为化学的一个独立的分支，已经得到普遍认同。它是一个交叉学科，涉及无机与配位化学、有机化学、高分子化学、生物化学和物理化学，由于能够模仿自然界已存在物质的许多特殊功能，形成器件，因此它也构成了纳米技术、材料科学和生命科学的重要组成部分。超分子作用是一种具有分子识别能力的分子间相互作用，通过对分子间相互作用的精确调控，超分子化学逐渐发展成为一门新兴的分子信息化学，它包括在分子水平和结构特征上的信息存储，以及

6、通过特异性相互作用的分子识别过程，实现在超分子尺寸上的修正、传输和处理。它是化学和多门学科的交叉领域，它不仅与物理学、材料科学、信息科学、环境科学等相互渗透形成了超分子科学。而更具有重要理论意义和潜在前景的是在生命科学中的研究和应用。例如生物体内小分子和大分子之间高度特异的识别在生命过程中的调控，生物体内的信息输送(电子转移、能量传递、物质传输和化学转换)和生物体中受体。底物相互作用等，其基本现象都离不开超分子化学范畴。未来超分子体系化合物的特征应为：信息性和程序性的统一；流动性和可逆性的统一；组合性和结构多样性的统一。所有这些特

7、性便构成了“自适应化学”这一概念的基本要素。考虑到超分子化学涉及到的物理和生物领域，超分子化学便成为一门研究集信息化、组织性、适应性和复合性于一体的物质的学科。超分子化合物是由主体分子和1个或多个客体分子之间通过非价键作用而形成的复杂而有组绿的化学体系。主体通常是富电子的分子，可作为电子给体(D)，如碱、阴离子、亲核体等。而客体是缺电子的分子，可作为电子受体(A)，如酸、阳离子、亲电体等。超分子化学和配位化学同属于授受体化学，超分子体系中主体和客体之间不是经典的配位键，而是分子问的弱相互作用，大约为共价键的5％～lO％。因此可认为

8、，超分子化学是配位化学概念的扩展。超分子可分为两类，一类是主/客体组分通过分子间和分子识别原理组成的分子：另一类是多分子体系自发结合而成具有特定相行为并多少具有明确机构和宏观特性的有序多分子系统。前者是通过仪器手性分离的基本原理，后者是手性生物传感