第三章 有机分子的弱相互作用
分子间弱相互作用
化合物 甲胺 乙胺 丙胺 丁胺 二甲胺
二乙胺 三甲胺
沸点（℃） 化合物
沸点（℃）
-7
三乙胺
90
17
三丁胺
213
49
苯胺
184
77.8
N-甲基苯胺 196
7
N，N-二甲 194
基苯胺
56
二苯胺
302
3.5
乙酰胺
221
化合物 甲烷 乙烷 丙烷 丁烷 戊烷 己烷
熔点（℃） 化合物
-182.6
庚烷
-183
0.9
-105.5
第三节 分子间的弱相互作用与分子识别及自组装
• 分子识别是一种人工受体和小分子之间的选择性 相互结合，而不是单纯的分子间相互作用。
• 分子自组装的原理是利用分子与分子或分子中某 一片段与另一片段之间的分子识别，相互通过非 共价作用形成具有特定排列顺序的分子聚合体。
第四节 生物大分子的弱相互作用
• 表面活性剂分子在水中因为这种作用可以 形成胶束。
分子间的弱相互作用对物理性质的影响
• 分子间相互作用与沸点 • 分子间相互作用与熔点 • 分子间相互作用与溶解性
化合物 甲℃）化合物
-161.6 庚烷
-88.5 辛烷
-42.1 壬烷
-0.5
癸烷
36.1
十一烷
一大段时间内的大体情况
+_
+_
_+ _ +
+_
非极性分子的瞬时偶极之间的相互作用
每一瞬间
诱导力
• 诱导偶极与固有偶极之间产生的分子间相 互作用力。决定诱导力强弱的因素包括极 性分子的偶极矩以及非极性分子的极化率。
有机化合物的物理性质
有机化合物的物理性质有机化合物是由碳原子与氢原子以及其他非金属元素组成的化合物。
由于碳原子具有四个价电子，可以形成多种化学键，使得有机化合物在结构和性质上具有多样性和复杂性。
除了化学性质外，有机化合物还具有一系列的物理性质，这些性质对于了解有机化合物的结构和相互作用至关重要。
本文将从熔点、沸点、密度、溶解性以及光学旋光性等几个方面探讨有机化合物的物理性质。
一、熔点有机化合物的熔点是指在一定的压力下，化合物从固态转变为液态的温度。
有机化合物的熔点一般较低，原因是有机分子之间的相互作用力较弱，分子间的Van der Waals力和氢键强度较小。
由于熔点与分子间相互作用力有关，因此改变化合物中原子或官能团的位置或种类可以显著影响其熔点。
二、沸点有机化合物的沸点是指在一定的压力下，化合物从液态转变为气态的温度。
与熔点类似，沸点也受到分子间相互作用力的影响。
一般来说，分子间作用力较强的有机化合物具有较高的沸点。
例如，分子内存在较多的氢键结构的化合物往往具有较高的沸点。
三、密度有机化合物的密度是指单位体积内所含的质量。
与其他物理性质一样，有机化合物的密度也受到分子结构和相互作用力的影响。
通常，具有较大分子和高分子量的有机化合物密度较高，而低分子量的有机化合物密度较低。
此外，官能团的引入和结构的变化也可能导致有机化合物密度的变化。
四、溶解性有机化合物在溶剂中的溶解性也是其重要的物理性质之一。
溶解性主要由分子间作用力和溶剂极性之间的相互作用影响。
一般来说，具有相似极性的有机溶剂可以溶解相应极性的有机化合物。
但是也存在不规律性，有些有机化合物在非极性溶剂中具有较好的溶解性，如酮类和醇类。
五、光学旋光性光学旋光性是一种与光学活性有机化合物相关的物理性质。
光学活性有机化合物是指在溶液中能够使得线偏振光产生旋转现象的化合物。
光学旋光性可以通过旋光仪进行测量，常用来研究有机化合物的绝对构型和分子结构。
总结：有机化合物的物理性质涉及熔点、沸点、密度、溶解性和光学旋光性等多个方面。
超分子化学--分子间相互作用
以反式二苯乙烯为例,分别计算了如图1 所示的4种不同的分子堆积方式引起的分子 轨道劈裂程度。结果显示,沿分子长轴与短 轴较小程度的平移（Ⅰ和Ⅱ）和以分子长轴 为轴转动（Ⅲ）都不能有效地减小偶极间的 相互作用；最有效地减小偶极间相互
作用的方法是以分子堆积方向为轴转动一个分子 ( Ⅳ)。随着转动角度的增加,分子二聚体最低激发 态的能级劈裂逐渐减小,如图2所示, 第二激发态 可以跃迁回到第一激发态, 极大地促进了聚集体 中基态与激发态之间的偶极耦合, 有利于发光效 率的提高(吸收光谱较单分子有弱的红移)。当旋 转角度为90°时, 能级劈裂会消失, 聚集体的发 光性质将会与单分子相似, 如图3所示。最近我们 在实验方面观察到了这类交叉结构聚集体(命名为 “X-聚集”)的光学性质。
调控分子堆积模式提高固态发光效率的研究 增大分子间距离实现高效率发光
增大分子间的距离可以有效地减弱相邻激子 (偶极)的相互作用，具体的方法：(1)在发色团上引 入较大的取代基团；(2) 采用扭曲的发光分子结构。 实际上，这种方法类似于将发光分子分散在母体材 料中，减弱相邻分子间激子(偶极)相互作用。 由图4 (A)和(B)可见, 2B2N-DSB虽然在晶体中 相邻的两个分子仍然是沿长轴平行堆积的, 但是这 两个分子长轴间的距离很大, 为a = 0.83 nm,远远 大于1,4-二苯乙烯苯(trans-DSB)晶体中两个分子长 轴间的距离(根据晶胞参数计算: 介于0.38～0.48 nm)；2B2N-DSB旋涂薄膜的光致发光效率为73%,
正离子-苯环相互作用
正离子-吲哚相互作用
这种作用力不仅在晶体结 构中得到证明,在溶液体系 中通过NOE效应也很好的 证明了侧链的弯曲,说明正 离子-芳环作用的存在。
正离子-苯酚基团相互作用X NhomakorabeaXX=
引言
Part B. Reaction and Synthesis
中译本: 高等有机化学, A卷: 结构与机理; B卷: 反应与合成 夏炽中译 2. M. B. Smith, J. March March’s Advanced Organic Chemistry
Reactions, Mechanisms and Structure
高等有机化学是由物理化学和有机化学相 结合而发展起来的一门论述有机化合物的 结构、反应、机理及它们之间相互关系的 科学。
高等有机化学的研究内容与目的
高等有机化学是有机化学的核心部分(core)
分子结构的 基本概念 含碳化合物的 反应性 化合物 中间体 结构
高等 有机化学
反应过程中的结构变化 反应机理
★ 自由基化学和金属有机化学等的发展，促进了高分 子材料，特 别是新的功能材料的出现。
Fullerene 化学（C60, H. Kroto, R. Smalley, R. Curl, 1996年 Nobel化学奖）:有机化学中一个新的研究领域，对有机化学理论 和材料科学等产生巨大的影响。
★ 有机化学在蛋白质和核酸的组成与结构的研究，序 列测定方法的建立，合成方法的创建等方面的成就为分 子生物学的建立和发展奠定了基础。
•核酸：信息分子，担负遗传信息贮存，传递及表达功能。国际 上非常重视含硫、含氮的反义寡苷酸合成方法的研究。 多肽：特别是生物活性多肽在生物体内起着信息传递和调控的作 用。寻找高效专一性强的激动剂、拮抗剂，按化学、生物、催化 等性质合成全新蛋白质。 多糖：侧重于分离、纯化、化学组成及生物活性。 模拟酶：主客体分子，出现了催化性抗体的新策略。生物膜化学 和信息传递的分子基础是生物有机的另一重要研究领域，对医学、 卫生、农业生产均会产生深远影响。
表明分子间存在相互作用
表明分子间存在相互作用
分子间存在相互作用是由于分子之间的电荷分布和电荷间的相互作用力所导致的。
这些相互作用可以分为以下几种类型：
1. 静电相互作用，分子中的正电荷和负电荷之间存在相互吸引力，这种相互作用被称为静电相互作用。
例如，正电荷的氢原子与负电荷的氧原子之间的相互作用导致水分子的形成。
2. 范德华力，范德华力是一种由于分子之间的瞬时电荷引起的吸引力。
分子中的电子云不断运动，导致分子的瞬时电荷分布不均匀，从而在附近的分子上产生暂时的极化。
这种极化引起了分子之间的吸引力，称为范德华力。
3. 氢键，氢键是一种特殊的相互作用，它在分子间形成强烈的电荷吸引力。
氢键通常发生在含有氢原子的分子与带有强电负性的原子（如氧、氮或氟）之间。
例如，水分子中的氢原子与相邻水分子中的氧原子形成氢键。
4. 疏水相互作用，疏水相互作用是指非极性分子之间的相互作用。
在水中，非极性分子倾向于聚集在一起，以减少与水分子之间
的相互作用。
这种相互作用被称为疏水相互作用。
5. 离子相互作用，当存在带正电荷和带负电荷的离子时，它们之间会发生相互作用。
正负电荷之间的吸引力导致离子形成离子晶体或离子化合物。
总的来说，分子间的相互作用是由于电荷分布和电荷间的相互作用力所导致的。
这些相互作用在化学反应、物质性质和分子结构中起着重要的作用。
化学弱相互作用力有哪些
化学弱相互作用力有哪些在化学领域中，弱相互作用力是一类分子间的相互作用力，其作用范围通常比化学键要短，程度也较小。
弱相互作用力主要负责分子之间的吸引和排斥作用，是维持分子在液态和固态状态下的形成、稳定性与性质的关键因素。
在化学中，弱相互作用力广泛存在且作用重要，本文将探讨化学中常见的弱相互作用力种类及其特征。
1. 静电相互作用静电相互作用是由于不同电荷之间的吸引产生的弱相互作用力。
分子中正电荷和负电荷之间的相互作用是静电力的体现，通常包括离子键和离子-分子相互作用。
2. 范德华力范德华力是一种分子间的吸引力，其来源是分子中瞬时诱导出的偶极子间的相互作用。
范德华力通常分为三种类型，即范德华吸引力、范德华斥力和范德华相互作用。
3. 氢键氢键是一种弱相互作用力，主要发生在含有氢原子的极性分子中。
氢键是氢原子与带有强电负性原子（如氮、氧、氟）形成的相互作用，具有特定的方向性和特征，是生物体系中许多关键化学反应的基础。
4. 疏水作用疏水作用是一种分子间的排斥力，通常发生在非极性分子中。
疏水作用导致非极性分子在水相中形成聚集体，从而产生疏水相。
5. 范德华斥力范德华斥力是范德华力的一种，主要由分子中电子云的重叠产生。
范德华斥力使得分子在一定距离内产生排斥作用，从而影响分子之间的空间排布和互相影响。
综上所述，化学中的弱相互作用力涵盖了静电相互作用、范德华力、氢键、疏水作用和范德华斥力等多个方面，这些弱相互作用力在分子的结构、性质和相互作用等方面均起着关键作用，对于理解化学反应、生物学过程以及材料科学等领域具有重要意义。
如需深入了解不同类型的弱相互作用力及其作用机制，需要通过实验和理论模拟等方法进行更深入的研究和探索。
分子间弱相互作用
分子间弱相互作用范德华力是由两个非极性分子之间的瞬时偶极引起的吸引力，也被称为偶极-偶极引力。
这种力与分子的电子云的运动有关，当电子云分布不均匀时会形成分子的瞬时偶极矩。
这种瞬时偶极矩可以导致附近的分子出现感应偶极，并相互吸引。
虽然范德华力很弱，但当大量分子之间存在这种相互作用时，其总和可以显著影响物质的性质。
范德华力是液体和固体的存在和相变之一的重要原因。
氢键是一个特殊的范德华力，在分子间存在强的吸引作用。
它主要在含氢原子和电负性较强的原子间形成，在化学系统中起到关键的角色。
氢键在生物化学、溶液中的相互作用以及液体中分子的聚集等方面具有重要意义。
例如，水分子之间通过氢键形成液态水的网络结构，使水具有高的沸点和融点，这对地球上的生命起着重要的保护作用。
此外，氢键也可以影响物质的溶解度、表面张力和粘度等性质。
除了范德华力和氢键，还存在其他类型的分子间弱相互作用，如离子-离子相互作用、疏水作用和π-π相互作用等。
离子-离子相互作用是由带电离子之间的静电相互作用引起的。
当正负电荷之间存在时，它们会相互吸引并形成稳定的结构。
离子-离子相互作用广泛存在于盐和晶体等物质中。
疏水作用是由于水分子的极性和非极性部分的亲疏水性而导致的。
当非极性部分的分子相互接触时，它们倾向于排斥周围的水分子，从而形成疏水相互作用。
这种作用对于脂质分子在生物体中的自组装和细胞膜的形成至关重要。
π-π相互作用是芳香分子之间的非共价相互作用。
这种相互作用是由于π电子云的重叠而产生的吸引力，它在有机化学和生物化学中占有重要地位。
π-π相互作用可以影响分子的构象和聚集，如蛋白质的二级和三级结构以及DNA的双螺旋结构。
总的来说，分子间弱相互作用在物质的结构和性质中发挥着关键的作用。
它们通过影响分子的聚集和相互作用，调控物质的状态和性质，在生物体系、溶液中的相互作用以及相变等方面具有重要的意义。
因此，对这些弱相互作用的研究对于理解自然界中的各种现象和应用在材料科学、药物设计等领域具有重要的意义。
电化学原理-吴金平-2012第三章306-1-wu
例：脂肪醇
在Zn电极上，强烈吸附 在Cd电极上，微弱吸附
在Ag电极上，完全不吸附 原因：
①金属-活性粒子间相互作用不同。
②金属表面的亲水性不同。
当金属-活性粒子间相互作用差别不大时： 一般，电极的亲水性越强，有机分子的吸附越弱
（3）电极材料对吸附的影响
当金属-活性粒子间相互作用差别不大时： 一般，电极的亲水性越强，有机分子的吸附越弱。
[例2] 根据下图所给的实验数据，你能得出该电极体 系界面吸附现象的哪些信息？图中曲线1为汞在 0.5mol/kg NaSO4溶液中测出的曲线，曲线2为汞在 0.5mol/kg NaSO4＋C7H15OH溶液中测出的曲线。
[解] 将 0.5mol/kg NaSO4溶液看作不含表面活性物质的溶液，对 应的曲线分别为两个图中的线1。 信息1： 对比电毛细曲线1和曲线2可知，在NaSO4溶液中加入 C7H15OH后，电极界面张力下降。这表明C7H15OH是表面活 性物质，在电极表面发生了特性吸附。
应用：3、估算电极表面 的吸附覆盖度θ
当电极表面被部分覆盖时：
Cθ=0
Cd
Cθ=1
1－未加入有机表面活性剂 2－达到饱和吸附覆盖 3－未达到饱和吸附覆盖
已知，在 附近吸附电位范围内
当电极表面被部分覆盖时：
θ
C θ=1 qθ=1
1－θ
Cθ=0 qθ=0
Cθ=0
Cd
Cθ=1
1－未加入有机表面活性剂 2－达到饱和吸附覆盖 3－未达到饱和吸附覆盖
3、不同晶面位点吸附性不同 4、氢吸附具有可逆性
氢吸附的双电层和电位分布
H是强还原剂，形成 吸附键后电子有向 金属转移的趋势， 在一定程度上使氢 原子带正电，金属 表面带负电，
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第三章有机分子的弱相互作用
与物理性质
2. 氢键作用
与一个电负性很大的元素（F，O，N）相结合的H原子，还能与另一分子中电负性很大的原子间产生一定的结合力而形成的键，
有饱和性和方向性，但作用力比范德华（Van de Waals）作用力强，化学键力小得多，键长较长。
3.2 分子间的弱相互作用对物理性质的影响1. 分子间相互作用与沸点
沸点是在一定压力下，某物质的饱和蒸汽压与大气压力相等时对应的温度。
饱和蒸汽压是指在一定温度下，与液体或固体处于相平衡的蒸汽所具有的压力
在一定大气压下，有机化合物的沸点在很大程度上取决于分子间的弱相互作用的大小。
大气压下直链烷烃的沸点随着这一同系物的碳原子数目的增加而增加。
2. 分子间相互作用与熔点
熔点是固体将其物态由固态转变（熔化）为液态的温度，在这一温度下，分子将拥有足够的能量摆脱晶格束缚。
在一定大气压下，物质的熔点与有机分子的对称性以及分子间的弱相互作用力密切相关。
直链烷烃的熔点也随着碳原子数的增加而升高，但含偶数碳原子的直链烷烃的熔点升高幅度大于含奇数碳原子的升高幅度。
3. 分子间相互作用与溶解性
“相似相溶”
不仅仅指的是结构上的相似，更重要的在于溶剂分子之间，溶质分子之间以及溶剂和溶质分子之间的相互作用的形式相似。
这条规律体现出了各种分子间弱相互作用的大小
3.3 分子间的弱相互作用与分子识别及自组装
超分子化学被定义为“研究分子组装和分子间作用力的
化学”。
它的研究内容是超越分子水平之上的。
超分子化学主要包括以下两个方面：分子识别
(molecular recognition)和自组装(self-assembly)。
1. 分子识别
对于化学家来说，分子识别就是指一个分子能识别它作用的靶分子。
这可以理解为底物与给定受体选择性地键合，并可能具有专一性功能的过程。
2. 自组装
自组装是指分子与分子在一定条件下，通过分子识别依赖非共价键分子间作用力自发连接成结构稳定的分子聚集体的过程。
要求主客体之间应有高度的匹配性和适应性。
高度的选择性导致了超分子形成的高度识别能力。
迄今研究较多的人工合成主体分子主要包括冠醚、环糊精、杯芳烃、环蕃、卟啉等大环化合物。