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1、超分子化学浅谈化学系张伟(001131133)超分子化学是研究两种以上化学物种通过分子间力相互作用缔结而成的复杂冇序且具冇特定功能的超分子体系的科学。在超分子休系中，分子与分子间力的关系就如同在分子中原子与共价键的关系一样。换言之，超分子化学是研究分子通过非共价键作用而形成的功能体系的科学。分子间的相互作用不是超分子体系所特有的，它普遍存在于化和物的各种形态中，但这种简单的作用一般不会产生特殊的功能。而在许多生物过程小，由天然高分子形成的有序组合却产生了各种各样的功能,例如神经系统的电传递过程、动物的视觉过程、绿色植物的光合作用和爾催化等过程屮所对物
2、质的识別、输运及对能量的传递与转换等功能。近年来，超分子化学及其应用研究已经越来越受到各国化学家的重视。进入九十年代以后，超分子化学方面的文献数量有了明显的增—些专著也相继问世，超分子化学己成为公认的当前化学理论与技术的前沿。下面是超分子化学方面的最新发展情况：1•一种新型的对石汕化工有高效催化功能的沸石被西班才的瓦伦西亚工艺大学的AvelinoCorma及其合作者•开发岀来7[Nature,4&514(2002);C&EN,Ai々.5,”孚121。其型号是ITQ-21,Corina说：“ITQ-21冇最大数量的空穴体积，使得反应物与生成物可以快速
3、的扩散，所以它对石油化工有高效催化功能。”其微观结构如图12.最近口本丰田汽车公司的R&D实验室的由ShinjiInagaki领队的一个研究小纽•开发了一种苯-硅酸混合的超分子结构。它自组装成一个由规则的苯环层连接上由硅酸盐链交织的层而构成的多孔型材料NaMg46304(2002);C&EN,March25,皿壯81。那些苯环可以被功能化，最好是有特殊性质的材料。其结构如图2:（图1）（图2）（图3）3.—个由美国密歇根人学的OmarM.Yaghi领队的科研小组制得了一种具冇“均一网状的金属-冇机框架”的多孔物质。它具有比以前所报道的晶体物质更低的
4、密度，但却具有绘高的屮烷存储量。[Science,295,469(2002);C&EN,Jan,21,page8
5、o这种物质可以用来储藏气体。其结构如图3：下面介绍超分子化学各方面课题的研究情况：—分子自装配(self-assembly)和分子自组织(self-organization)已成为超分子化学的主要课题由于分子器件和拆分子材料方而的潜在意义，分子自纽•装体系的设计与研究己引起人们的巨大兴趣。建立口组装的方法主要有以下儿种：IJIJifi复单元链状多齿配体与某些金属离了配和产生螺旋体(helicates)o2.通过分了识别形成屮间相(mcso
6、phasc)和超分子液晶分子。3.分子识别导致冇序固态结构。4•内锁法产生轮烷类(rotaxanes)超分子体系。1.螺旋形金属配合物05（图4）（图7）低聚联毗唳(bpy)链状配体与一价铜离子作用便发生自发装配成双股螺旋体，如低聚bpy(图4)与Cf作用便形成双股螺旋体(图5)。如果用不同长度的低聚bpy混介物与Ci?作用，只冇同样长度的聚bpy可以和互形成双螺旋体结构，很少发生交叉结合现彖即具冇自身识别功能，如图6。2.分子互补组分缔合产生超分子中介相具有一轴向破核并在其两端各带一柔性链的分子可形成热致液晶。如果把此类分子分为两个互补的组分，两组
7、分再通过分子间力的作用合成一整体，则也应具冇类似的性能，此体系便被称为成介相超分子(mesogonicsupormolociilo)。XXXXXX-X0X•X2H（4）x2H⑶uX-COOEt7X丿dLoX2H（Z）b:“CONE切3.从互补组分自组成高分子超分子体系如果两个(或多个)'互补单元€和乡与模板T形成接枝化介物代m或（图6）混合T^m和Tm可导致自装配形成线型或交联“高分子”超分子，如图7所示。在所形成的超分子高分子材料(代m和心m)n中引入合适的链便可使其具备液品特性。例如前述互补基P和U与L・，D-^meso-酒石酸的长链衍生物缩合得
8、到接枝化合物LP2,DP?,MP3(TP2)和LU2，DUz,MU2(TU0，单独存在时均为固体.而(LP2+LU2),(DP2+LU2)和(MP2十MU2)等则为温度范围-TF•常宽的热致液品屮间和，这是由于两组分通过氧键互补发生自装配形成了高分子超分子体系所致(图8),电子显微镜研究发现，在LP2+LU?和DP2+LU2体系中分别形成了右手螺旋体和左手螺旋体。这种手性选择特征在自动拆分与手性扩大(chiralityamplifcatlon)方面具有普遍意义。(图8)3.内锁超分子体系轮烷(rotaxanc)M内锁超分子体系的典型代表。轮烷是山一个
9、或多个环状分子套在一•线型分子上，在线型分子的两端用一个人基因加以封闭而成的超分子体系。例如由环糊精(a-或
