超分子化学作业及2004年诺贝尔化学奖得奖者对化学发展的贡献

《超分子化学作业及2004年诺贝尔化学奖得奖者对化学发展的贡献》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、1．对超分子化学的认识1.1发展历史1987年诺贝尔化学奖授予了C.JPedersen(佩德森)、J.MLehn(莱恩)、D.JCram(克来姆)三位化学家，以表彰他们在超分子化学理论方面的开创性工作。1967年Pederson等第一次发现了冠醚。这可以说是第一个发现的在人工合成中的自组装作用。Cram和Lehn在Pedersen工作的启发下，也开始了对超分子化学的研究。从此之后，超分子化学作为一门新兴的边缘科学快速发展起来。1.2简介超分子化学不仅涉及无机化学、有机化学、物理化学、分析化学和高分子化学，而且涉及材料、信息和生命科学，它是一门处于近代化学、

2、材料化学和生命科学交汇点的新兴学科。超分子化学的发展不仅与大环化学（冠醚、环糊精、杯芳烃等）的发展密切相连，而且与分子自组装（双分子膜、胶束、DNA双螺旋等）、分子器件和新兴有机材料的研究息息相关。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。1.3研究内容与分子化学相对照，分子化学基于原子间的共价键，而超分子化学则基于分子间的相互作用，即是两个或两个以上的构造块依靠分子间键缔合。超分子化学的研究领域包括：分子识别，分为离子客体的受体和分子客体的受体；环糊精；生物有机体系和生物无机体系的超分子反应性及

3、传输；固态超分子化学、分为晶体工程、二维和三维的无机网络；超分子化学中的物理方法：模板、自组装和自组织；超分子技术(分子器件及分子技术的应用)。分子识别是超分子化学的核心研究内容之一。所谓分子识别即是指主体(受体)对客体(底物)选择性结合并产生某种特定功能的过程。它们不是靠传统的共价键力，而是靠称为非共价键力的分子间的作用力，如范德华力(包括离子—偶极、偶极—偶极和偶极—诱导偶极相互作用)、疏水相互作用和氢键等。分子识别主要可分为对离子客体的识别和对分子客体的识别，而以人工合成受体的分子识别主要包括冠醚、穴醚、臂式冠醚、双冠醚、环糊精、化学修饰环糊精、桥联

4、环糊精、杯芳烃、环番等大环全体化合物选择性键合客体(离子或分子)形成超分子体系的过程。超分子化学的重要目标是研究组装过程以及组装体，并是通过分子组装形成超分子功能体系。生物的奥秘和神奇不是由于特殊的结合力和特殊的分子与其体系，而是在于特殊的组装体之中，这种通过组装所形成的稳定结构具有一些根据其个别组件的特征无法预测的新特性。天然体系所具有的自组装性、府应答性、协同性与再生性，也正是人工体系所追求的目标。1.4研究前景现代化学与18、19世纪的经典化学相比较，其显著特点是从宏观进入微观，从静态研究进入动态研究，从个别、细致研究发展到相互渗透、相互联系的研究，

5、从分子内的原子排列发展到分子间的相互作用。从某种意义上讲，超分子化学淡化了有机化学、无机化学、生物化学和材料化学之间的界限，着重强调了具有特定结构和功能的超分子体系，将四大基础化学（有机化学、无机化学、分析化学和物理化学）有机地融合为一个整体，从而为分子器件、材料科学和生命科学的发展开辟了一条崭新的道路，且为21世纪化学发展提供了一个重要方向。2．冠醚的发现、合成、分子识别与组装2.1冠醚的发现第一个冠醚的发现纯属偶然，正是由于科学家的敏锐洞察力奠定了它的发展基础。1967年美国duPond公司的CJ．Pedersen为了合成双酚I，用四氢吡喃将邻苯二酚的

6、一个羟基保护起来和二氯乙醚进行缩合时，发现除了得到I以外，还得到了极少量的白色纤维状结晶性副产物。对分离的副产物进行研究，发现是原料中混存的少量游离邻苯二酚和二氯乙醚闭环缩合成的大环多元醚化合物II。Pedersen发现此化合物在甲醇中的溶解度随着氢氧化钠的存在而显著地增大，这一不同寻常的溶解行为引起了他的兴趣，促使Pedersen对大环多醚的性质作进一步研究，发现此类大环多醚能和各种碱金属盐及碱土金属盐等形成稳定且能溶于有机溶剂的络合物，进而根据这些物质的化学结构的形状和特征而称之为“冠醚”。2.2冠醚的合成冠醚合成的关键是关环反应。常用的关环反应的类型

7、有：二醇与多甘醇二卤醚的反应、二胺或其衍生物与二卤化物、二磺酸酯或环氧乙烷衍生物的反应、二羧酸衍生物与二胺的反应、二羰其化合物与二胺的反应等。这些关环反应都需要双功能基中间体，最常用的中间体有多甘醇及其二卤化物、多甘醇二对甲苯磺酸酯、二胺、二醛、二酮等等。2.2.1一般对称性冠醚的合成简单对称冠醚一般是指以CH2CH2连接的含氧、氮、硫、硒等杂原子的冠状化合物。在Pedersen的第一篇关于冠醚的论文中，所合成的经典冠醚大多是这类冠醚。以金属离子作为模板是合成这类大环化合物的主要方法。Liotta等以Li+作为模板，使用二甘醉二氯化物和乙二醇反应得到12-

8、冠-4，产率13.2％。在Liotta以前的研究中，全部是采用酸催