超分子化学及其自组装资料讲解.ppt

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1、点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本超分子化学及其自组装汇报人：谭显洋点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本化学超分子化学高分子化学在分子、原子层次上研究物质性质、组成、结构与变化规律的科学研究高分子化合物合成和化学反应的一门科学分子量大(104-107)点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本1.超分子化学的形成与发展1987年诺贝尔奖得主在获奖演讲中首次提出“超分子化学”的概念。C.Pedersen（佩德森）发现冠醚化合物；J-M.Lehn（莱恩）发现穴醚化合物并提出超分子概念；D.Cram（克拉姆）主客体化学先驱者。此后十多年,超分子

2、化学获得很大发展。点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本1.超分子化学的形成与发展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。点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本1.超分子化学的形成与发展进入20世纪70年代，由于大环化学、胶体化学、单分子膜和液晶等方面的研究，人们重新对分子间相互作用产生了兴趣。当然关心的不再是分子间相互作用的存在以及它们对材料性能的影响，而是利用存在于不同分子中的“信息”，即分子间相互作用，实现分子间的

3、识别和自组装，形成具有一定功能的超分子。这些工作可表示为：点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本2.超分子稳定形成的因素2.1能量降低因素2.2熵增加因素2.3锁和钥匙原理点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本2.1能量降低因素超分子体系和其他化学体系一样，由分子形成稳定超分子的因素，在不做有用功能时，可从热力学自由焓的降低(△G<0)来理解：△G=△H－T△S△H为焓变，代表降低体系能量的因素；△S为体系熵增的因素点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本2.1能量降低因素分子聚集在一起，依靠分子间的相互作用力，客体间通过非共价键缔合作用形成

4、。分子间的相互作用方式主要有以下几种，同时也是降低超分子体系能量的主要因素：(a)静电作用：静电作用包括离子—离子作用，离子—偶极子作用等(b)氢键:包括X—H—Y(X、Y=F、O、N)通常把氢键称为“超分子中的万能作用”点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本2.1能量降低因素(c)M－L配位键：金属原子和配位体分子间形成的各种各样的M－L配位键，其中以共价配位键更为普遍和重要。(d)疏水效应：溶液中疏水基团或油滴互相聚集，增加水分子间氢键的数量。(e)诱导偶极子—偶极子的作用：这种作用即形成范德华作用力的主要部分的色散力。(f)π—π堆叠作用面对面作用边对面

5、作用点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本2.2熵增加因素螯合效应：由螯合体形成的配位化合物，要比相同的配位原子和相同的配位数的单啮配位体所形成的配位化合物稳定。大环效应：与螯合效应相关，在能量因素和熵因素上都增进了体系的稳定性。疏水空腔效应：疏水空腔效应既可以增加水分子间的氢键,降低体系能量;又可以使无序的、自由活动的水增加,熵增大。两个因素都促使超分子体系稳定性增加。有序水无序水疏水的客体分子(G)点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本2.2熵增加因素大环效应：很多超分子主客体络合物比预想的只有螯合作用要稳定的多，在这些体系中主体分子通常是有多个

6、结合点螯合客体的大环配体。也就是说，此类化合物还可以得到额外的大环效应使之更稳定。这种效应主要与配体结合点的空间排布有关。为了有利于螯合，客体必须使主体缠绕在其周围，从而客体不消耗结合能。大环效应最早是由Cabbines和Margerum在1970年研究Cu（Ⅱ）络合物8和9时提出的。由于附加的大环效应，大环8比非环状类似物稳定约108倍。对他们的热力学测定表明，大环效应主要得益于焓和熵两方面的因素。焓的稳定因素表现为大环主体比直链化合物更不易溶剂化，主要是因为环状主体表现出较小的溶剂可触及的表面积。因此，环状主体只需要断裂较少的溶剂－配体健。就熵而言，大环构象的柔韧性

7、较差，因此络合后自由度不会大幅减少。点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本2.3锁和钥匙原理锁和钥匙原理是指受体和底物之间在能量效应和熵效应上互相配合、互相促进，形成稳定的超分子体系的原理。锁和钥匙原理是超分子体系识别记忆功能和专一选择功能的结构基础。分子间非共价键相互作用的能量效应很小，它们单个作用的相对强度都很弱，但在受体和底物相互匹配时，一方面形成分子间相互作用，从而达到可观的能量降低响应；另一方面通过大环效应和疏水空腔效应等，促进体系熵值的增加。点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本3.分子识别和自组装分子识别