超分子知识
超分子专题 (1)
识别和自组装的根据是： 电子因素：各种分子间作用力得到发挥 电子因素 几何因素：分子的几何形状和大小互相匹配 几何因素
2. 冠醚和穴状配体的识别和组装
（a）球形离子大小识别
空腔直径 / pm [12]C4 120~150 [15]C5 170~220 [18]C6 260~320 [21]C7 340~430 冠醚 适合的离子 （直径 / pm） Li+(152) Na+(204) K+(276), + Rb (304) + Cs (334)
二维层状
三维骨架
（c）多组份的配置 利用各组份相互作用的性能，构筑起多组份晶体。
(C2H5)4N+·HCO3-·(NH2)2CO·2H2O 晶体中 [HCO3-·(NH2)2CO·2H2O] 的层型结构（麦松威、李奇的研究成果），同层间以分子间氢键组 合，不同层以静电力组合
四、应用
1. 相转移
KF不溶于有机溶剂，但溶于冠醚的乙腈溶液，放出F－， 使F－置换Cl－反应进行。
logK logK
（b）大环效应：和螯合效应有关，在能量因素和 熵因素上增进体系稳定性。
LogK -∆Hθ/kJ·mol-1 ∆ Sθ/J·k-1·mol-1
11.24 44.4 66.5
15.34 61.9 85.8
（c）疏水效应（空腔效应）
疏水空腔 相对有序水 疏水客体分子 无序水
3. 锁和钥匙原理
表2所列的是人们已证实的一些手性药物对映体不同的 所列的是人们已证实的一些手性药物对映体不同的 药理活性。 药理活性。这些不同手性药物对映体药理活性差异的 主要原因是： 主要原因是：生命机体本身就是由具有高度不对称性 的生物大分子组成。 的生物大分子组成。这种不对称性赋予生物大分子受 体（酶、血浆蛋白及组织蛋白），通过一定的信息去 血浆蛋白及组织蛋白），通过一定的信息去 ）， 识别不同的对映体。与之契合者，才能发生相互作用， 识别不同的对映体。与之契合者，才能发生相互作用， 从而产生生理活性。 从而产生生理活性。这种对映有择性的生物作用现象 是自然界的一种普遍现象， 是自然界的一种普遍现象，在农药香料等方面也同样 存在。 存在。
超分子的特征
超分子的特征
1.稳定性：超分子结构具有较高的稳定性，能够在一定条件下保持结构稳定性。
2. 动态性：超分子结构中的分子之间具有一定的动态性，能够在一定条件下发生结构变化。
3. 多样性：超分子结构具有多样性，可以根据不同的分子间相互作用形成不同的结构。
4. 可逆性：超分子结构的形成和破坏是可逆的，能够通过改变条件来实现结构的转化。
5. 自组装性：超分子结构的形成是通过分子自组装实现的，具有自组装性。
6. 功能性：超分子结构具有一定的功能性，能够实现分子识别、分离、催化等功能。
超分子的特征使其在材料科学、生物医学、纳米科技等领域中具有广泛的应用前景。
- 1 -。
有机化学基础知识超分子化学和自组装反应
有机化学基础知识超分子化学和自组装反应有机化学基础知识：超分子化学和自组装反应超分子化学是有机化学中的一门重要分支，研究的是分子之间通过非共价作用力相互作用和组装的过程。
其中自组装反应是超分子化学的关键概念之一，指的是分子自发地通过非共价作用力在适当条件下组装成特定的结构。
本文将介绍超分子化学和自组装反应的基本原理和应用。
一、超分子化学的基本概念超分子化学是20世纪70年代兴起的一门学科，以研究分子之间的非共价作用力相互作用和组装为核心内容。
超分子化学主要关注以下几个方面：1.1 非共价作用力超分子化学中的非共价作用力包括氢键、疏水作用、范德华力、离子间相互作用等。
这些作用力通常较弱，但在合适的条件下可以产生较强的相互作用。
非共价作用力是超分子化学中分子相互作用的基础。
1.2 超分子超分子是由分子通过非共价作用力相互作用而形成的由多个成分组成的结构单元。
超分子结构具有自我识别、自我组装和自我修复的特性，表现出许多复杂的功能。
二、超分子的自组装反应自组装反应是超分子化学的核心概念之一，指的是在一定条件下，分子通过非共价作用力自发组装为有序的结构。
自组装反应可以分为静态自组装和动态自组装两种形式。
2.1 静态自组装静态自组装是指分子通过非共价作用力，如氢键、疏水作用等，形成稳定的超分子结构。
常见的静态自组装形式包括自组装聚合物、自组装胶体、自组装纳米粒子等。
静态自组装结构具有良好的稳定性和特定的功能性，被广泛应用于材料科学、生物医学等领域。
2.2 动态自组装动态自组装是指分子通过非共价作用力，在适当的条件下，形成可逆的超分子结构。
动态自组装过程中，分子组装和解组装的速率比较快，可以实现自组装结构的动态变化。
动态自组装反应在药物传递、分子传感、催化等领域具有重要的应用价值。
三、超分子化学的应用超分子化学作为一门交叉学科，具有广泛的应用前景。
以下是超分子化学在一些领域的应用示例：3.1 药物传递系统通过设计和构建特定的超分子结构，可以实现药物的包埋和释放，提高药物的疗效和降低毒副作用。
高二化学人教版选择性必修晶体结构与性质第四节超分子课件
思考：碱金属离子或大或小，猜想冠醚是如何识别它们的？ 冠醚环的大小与金属离子匹配，才能识别
冠醚是皇冠状的分子，可有不同大小的空穴适配不同大小的碱金属离子
O
O
O
O
O
O
18-冠醚-6的结构
不同冠醚的空腔尺寸不同，与不同的阳离子相匹配，从而实 现选择性结合。
冠醚 12-冠-4 15-冠-5 18-冠-6
C70
这个例子反映出来的超分子的特性被称为“分子识别”。
（2）分子识别——冠醚识别碱金属离子(如K＋)。
冠醚是皇冠状的分子，有不同大小的空穴，能与正离子，尤其是碱金属 离子络合，并随环的大小不同而与不同的金属离子络合，利用此性质可以 识别碱金属离子
冠醚，是分子中含有多个-氧-亚甲基-结构单元的大环多醚。常见的冠醚 有15-冠-5、18-冠-6，冠醚的空穴结构对离子有选择作用，在有机反应中可 作催化剂。 猜想这些名称的含义
2. 微粒间作用力—非共价键，主要是 静电作用、范德华力和氢键、疏水作用 以及一些分子与金属离子形成的弱配位 键等。
3.结构特点：超分子是组成复杂的，有组织的分子聚集体，并保
持一定的完整性使其具有明确的微观结构和宏观特性。 【解析】电池正极材料主要含有LiCoO2及少量Al、Fe等,加入稀H2SO4溶解后铁、铝
Rb 应进速一率 步增分大析，(a)平图衡所向示气的体Li分Fe子PO数4减的小晶的胞方中向，移八动面，体即结平构衡和正四向面移体动结，构+平的衡数体目系均中为氨的质量分数增大，c项符合题意。
21-冠-7
Cs+
冠醚识别碱金属离子的应用
冠醚能与阳离子尤其是碱金属阳离子作用，并且随环的大 小不同而与不同的金属离子作用，将阳离子以及对应的阴离子 都带入有机溶剂，因而成为有机反应中很好的催化剂。
超分子-高二化学课件(人教版2019选择性必修2)
2. 微粒间作用力 ——非共价键
主要是静电作用、范德华力、氢键、疏水作用 以及一些分子与金属离子形成的弱配位键等。
神奇的超分子，借分子间作 用力形成复杂的组织结构
二、超分子
3.分子聚集体大小：分子聚集体有的是有限的，有的是无限伸展的。
甲苯中 冠醚的浓度
褪色时间
30 g/L
5 min不褪色
60 g/L
5 min明显褪色
120 g/L
4.5 min明显褪色
甲苯
K+ MnO4
O
O
O
K+
O
O
O
MnO4-
冠醚能与阳离子尤其是碱金属阳离子作用，将阳离子以及对应的 阴离子都带入有机溶剂，因而成为有机反应中很好的催化剂。
➢ “杯酚”与冠醚形成的超分子，虽然识别的分子、离子不同，但环 状结构异曲同工，且尺寸可控。
小
子
分子识别 “杯酚”分离C60 和 C70
结
特征
自组装 冠醚识别碱金属离子
不同冠醚的空腔尺寸不同，与不同的阳离子相匹配，从而实现选择性结合。
超分子的实例
Li+
Na+
K+
➢ 冠醚识别碱金属离子的应用
应用举例：相转移催化剂
问题背景： 高锰酸钾溶液可以氧化甲苯， 从而褪色。
但是高锰酸钾易溶于水，难溶于 甲苯，难以和甲苯充分接触。
甲苯
K+ MnO4
资料卡片
溶有18-冠-6的甲苯与高锰酸钾水溶液反应
A 行分离的过程，下列对该过程的说法错误的是( )
A．C70能溶于甲苯，C60不溶于甲苯 B．C60能与“杯酚”形成超分子 C．C70不能与“杯酚”形成超分子 D．“杯酚”能够循环使用
什么是超分子
什么是超分子
分类:教育/学业/考试 >> 高考
问题描述:
什么是supra-molecular assemblies?
解析:
几十个原子、分子或成千个原子、分子"组合"在一起时，表现出既不同于单个原子、分子的性质，也不同于大块物体的性质，这种"组合"被称为"超分子"或"人工分子"。"超分子"的性质，如它的熔点、磁性、电容性、导电性、发光性和颜色及水溶性都有重大变化。当"超分子"继续长大或以通常的方式聚集成大块材料时，奇特的性又会失去。
第七章-超分子化学简介
第三页，共70页。
7.1 超分子的概念
超分子化学起源于碱金属阳离子能被冠醚和穴醚选择 性结合，它拓展后导致了分子识别的出现并证明为一 新的化学领域，进一步延伸到分子相互作用和过程， 并广泛扩展到其他领域后诞生了超分子化学。
子内氢键，六元环的邻位取代基之间假设有适合的质子
给体与受体时，形成分子内氢键优先于分子间氢键。
通常，分子间氢键使
分
物质的熔点和沸点升
子
高，分子内氢键那么
内
氢
使熔点和沸点降低。
键
非常规氢键也有分子
间氢键和分子内氢键
。
第二十七页，共70页。
7.2.1 能量因素
➢ 不对称氢键和对称氢键
按H距离电负性原子X和Y的远近可分为不对称氢键和对称氢 键。多数氢键是不对称的，X-H较H---Y短一些，如F-H---F、OH---O、O-H---F、N-H---F、N-H---O、N-H---N等。对称氢键有FH-F，O-H-O等。
第三十二页，共70页。
7.2.2 熵增加因素
7.2.2 熵增加因素
1、螯合效应：由螯合配位体形成的配合物比相同配位数 和相同配位原子的单啮配位体形成的配合物稳定的效 应。
logK
logK
Co(NH3)62+
Ni(NH3)62+
Co(en)32+ Ni(en)32+
第三十三页，共70页。
7.2.2 熵增加因素
第二十八页，共70页。
7.2.1 能量因素
高中化学选择性必修二教案讲义：超分子(教师版)
超分子1．了解超分子的概念、结构、性质。
2．了解超过分子的存在与应用，能举例说明物质在超分子等不同尺度上的结构特点对物质性质的影响。
一、超分子1.定义由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体。
2.存在形式超分子定义中的分子是广义的，包括离子。
3.微粒间作用力—非共价键：超分子内部分子之间通过非共价键结合，主要是静电作用、范德华力和氢键、疏水作用以及一些分子与金属离子之间形成的弱配位键。
4.分子聚集体的大小：超分子这种分子聚集体，有的是有限的，有的是无限伸展的。
二、超分子特征1、分子识别：通过尺寸匹配实现分子识别。
2、自组装：超分子组装的过程称为分子自组装（Molecular self-assembly)，自组装过程（Self-organization)是使超分子产生高度有序的过程。
三、超分子的应用1、应用（1）在分子识别与人工酶、酶的功能、短肽和环核酸的组装体及其功能等领域有着广阔的应用前景。
（2）超分子化学的发展不仅与大环化学（冠醚、穴醚、环糊精、杯芳烃、C60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。
2、应用实例(1) “杯酚”分离C60和C70：杯酚与C60通过范德华力相结合，通过尺寸匹配实现分子识别。
向C60和C70的混合物中加入一种空腔大小适配C60的“杯酚”,再加入甲苯溶剂，溶解未装入“杯酚”的C70，过滤后分离C70；再向不溶物中加入氯仿，溶解“杯酚”而将不溶解的C60释放出来并沉淀。
(2)冠醚识别碱金属离子：冠醚是皇冠状的分子，有不同大小的空穴，能与正离子，尤其是碱金属离子络合，并随环的大小不同而与不同的金属离子络合，利用此性质可以识别碱金属离子。
冠醚环的大小与金属离子匹配，将阳离子以及对应的阴离子都带入有机溶剂，因而成为有机反应中很好的催化剂。
(3)细胞和细胞器的双分子膜：细胞膜的两侧都是水溶液，水是极性分子，而构成膜的两性分子的头基是极性基团而尾基是非极性基团。
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2、G5M是该聚合物的临界胶束浓度，即在此 处分子发生缔合，形成胶束。
4、不同pH下的聚合物的TEM照片
结论：分别加入酸与碱后聚合物分子形态发生变化，说明其对酸碱敏感
5、组装前与组装后聚合物尺寸变化
结论：发生自组装后聚合物尺寸明显变大，由之前的10nm变为50nm
Conclusions
Introduction
1、超分子胶束在药物输送、可控释放、材料科学等方面 有广泛的应用而受到科研机构的关注; 2、合成出的具有核壳结构的两性超分子胶束随pH变化发 生可逆反应：组装与解组装; 3、冠醚作为第一代超分子主体化合物却在合成中很少被 使用，因此用它作为主体来合成两性超分子具有一定的挑 战性; 4、在该文献中，以连接两个COO-的BMP32C10为主体， 紫罗碱双阳离子为客体，在水中合成超分子聚合物。
Experimental section
实验步骤：
室温下将化合物1和2溶解在DMF中，在磁性搅拌棒作用 下逐滴加入15mL去离子水,然后用去离子水透析24h，所 得溶液加入去离子水至体积为40mL以备用； 尼罗红以等摩尔量溶于上述胶束溶液，然后室温下超声振 荡30min； 通过调节pH来观察溶有尼罗红的溶液的荧光光谱的变化。
化合物5和1的FT-IR光谱图 化合物5和1的GPC图 两性聚合物分子在水中的电导率
表 征 手 段
合成的聚合物在不同pH下的TEM照片 聚合物尺寸分布 随着酸或碱的加入，聚合物尺寸分布的变化 加有尼罗红的聚合物在不同pH的荧光谱图 随pH的变化，尼罗红的释放百分比
1、FT-IR光谱图
结论：在2090cm-1处有合成的聚合物中叠氮基团的典型吸收峰
Conclusions
基于冠醚型分子识别构筑的第一代两性超分子被 合成出来并验证其在水中发生自组装成核壳结构；
可以通过改变pH值实现组装与解组装结构的可逆 转变；
更重要的是，该结果表明，超分子胶束在可控药 物运输和生物疗法中有一定的潜在应用价值。
谢谢！
欢迎老师和同学批评指正
Supramolecular Micelles Constructed by Crown Ether-Based Molecular Recognition
报告人：刘倩
小组成员：王兰兰 武佳 李芳
Introduction
Expeimental serction
Results and discussion
6、加入酸碱后尺寸分布变化
图示表明，当向超分子中加入酸后，发生解组装，尺寸分布变小，而当加入碱后， 其尺寸又变大，说明发生了组装，如此循环可得出该过程是可逆的。
7、荧光光谱图
图中显示，加入尼罗红后在660nm处出现一个峰，而随着pH的变化，峰 强度随之变化
8、随pH的变化尼罗红的释放率
由图可知，在pH约为3.0时，尼罗红的释放率已较高