超分子综述
超分子自组装获得的多种拓扑结构综述
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生物超分子材料的材料化学合成和生物学应用
生物超分子材料的材料化学合成和生物学应用生物超分子材料是一类自然界中广泛存在的具有高分子结构的生物大分子，如蛋白质、核酸、多糖等，它们具有自组装、自聚合、自组织的特性，可以形成各种形态的超分子结构，如膜状结构、纤维状结构、球形结构等。
这些超分子结构具有优异的力学性能、生物相容性、功能多样性等特性，在生物医学、生物传感、材料科学等领域具有广阔的应用前景。
本文从生物超分子材料的材料化学合成和生物学应用两个方面，对其进行综述。
一、生物超分子材料的材料化学合成生物超分子材料的合成从基础研究到应用研究，已经发展出许多的方法和策略。
其中，最常用的方法是自组装法和化学修饰法。
1. 自组装法自组装法是指将具有自组装性质的生物大分子在适宜条件下加以操作，使其形成超分子结构的方法。
自组装法无需使用复杂的合成方法，操作简便，成本低廉。
常用的自组装法有多种，如界面自组装、溶液自组装、凝胶自组装等。
界面自组装指的是在液/液、液/气、液/固界面上，利用生物大分子分子间相互作用力驱动生物大分子自组装形成超分子结构。
液/液界面自组装常采用的是油水两相体系，生物大分子主要存在于水相中。
比如利用水相中的胶原蛋白在油水两相界面上的自组装，可以形成气泡、囊泡等几何形状，具有良好的生物相容性和药物传递性能。
液/气、液/固界面自组装常采用Langmuir-Blodgett技术。
Langmuir-Blodgett技术的基本原理是通过降低表面活性剂的表面张力，控制分子在水/气或水/固界面的排列方式，在表面上形成有序膜，再将有序膜转移到固体基底上，以形成有序排列的超分子结构。
溶液自组装是指在溶液中，通过具有亲水性和亲疏水性的生物大分子之间相互作用力，而驱动生物大分子形成超分子结构。
溶液自组装往往涉及到共价键和非共价键的弱相互作用力，如氢键、范德华力、静电作用等，可以形成链状、球状、网状等复杂形态的超分子结构。
溶液自组装法适用的生物大分子种类较多，如蛋白质、核酸、多糖等，这些生物大分子的自组装行为可以受到pH值、离子强度、溶剂种类、温度等因素的引导，制备出具有不同形态、尺寸和结构的超分子材料。
超分子自组装
三、超分子化学、分子组装、超分 子组装及自组装
分子间相互作用的应用领域十分广阔，除了在生命 科学、高分子改性等领域外，过去20年里，在超分子化学 中尤其占有重要地位。所谓超分子化学，正如Lehn在其诺 贝尔演讲中所述：“Supermolecular Chemistry may be defined as chemistry beyond the molecule.”。一般地讲， 超分子体系是由一种或两种以上化学物质经过非共价键缔 合而成，它具有较高的结构复杂性。超分子化学的严格定 义必须包括分子识别、分子转变及分子易位过程。所以超 分子化学不仅包括化学、生物及物理问题，而且包括很多 技术问题。超分子化学研究的内容与主-客体化学（HostGuest Chemistry）、生物有机化学、生物无机化学、两 亲化合物、液晶、分子器件、新型超分子化合物的合成等 有关，其中关于分子组装、超分子组装及自组装的讨论很 多。
五、综述
超分子自组装机理，不仅阐明了所观察到的实验现象，而且 对其他不规则大分子自组装具有指导作用。由于诸多的自然现象， 如血管、腔肠和植物茎杆都是由有机分子通过宏观自组装形成的， 研究成果对相关学科的发展提供了有益的启示。 超分子组装技术的研究自起步以来已取得了很多非常有意义的 研究成果。有理由相信，随着超分子自组装技术的进一步发展， 超分子的各种奇异性质和功能必将得到更充分的发挥和利用，将 在科技、生产、生活等各领域发挥越来越大的作用，将成为21世 纪有重大突破的领域。
目前文献中所报道的纳米团簇超分子化学组装方法可 分为两类： 一类是利用胶体的自组装特性使团簇组装成 胶态晶体，得到二维或三维的纳米团簇超晶格；另一类 是利用纳米团簇与组装模板之间的分子识别来完成纳米 团簇的组装。 1.胶态晶体法 众所周知，胶体具有自组装的特性，而纳米团簇又很 容易在溶剂中分散形成胶体溶液，因此，只要具备合适 这一自组装过程所需要的条件［4］是：(1) 硬球排斥， (2) 统一的粒径，(3) 粒子间的范德华力和(4)体系逐渐的 去稳定。其中条件(1)和(3)是纳米团簇胶体溶液体系本身 固有的性质，条件(2)主要通过纳米团簇制备条件的控制 和适当分离方法的应用来实现［5］，因此实际上组装过 程中的可操作因素主要是胶体溶液体系稳定性的控制。
超分子材料的制备和性能研究
超分子材料的制备和性能研究超分子材料是指由基本单元通过非共价键结合而成的自组装结构，具有高度有序性和特殊功能的化学材料。
近年来，超分子化学的研究和应用发展迅速，其应用涵盖了多个领域，包括分离纯化、光学传感、药物控释、催化反应、能量储存等等。
本文旨在介绍超分子材料的制备方法，并深入探讨其各方面的性能研究。
一、超分子材料的制备超分子材料的制备方法一般可以分为两种：自组装法和模板法。
其中自组装法包括有机单体自组装法、高分子自组装法和低分子自组装法等。
模板法则主要通过利用模板分子的特殊性质，来制备具有特殊形状或结构的超分子材料。
1.1 自组装法1.1.1 有机单体自组装法有机单体自组装法是指利用凝胶法、微乳液法、液晶体系法等方式，将单体在外界作用下自组装形成过渡级别或孔道结构，最终得到超分子材料。
其中，凝胶法是一种基于低分子有机凝胶体系的制备方法，它通过化学反应或物理交联形成弹性固体凝胶，可制备出具有宏观有序结构的超分子材料。
同时凝胶法还具有可控性、灵敏性以及复杂性等特点，因此在分子纳米材料的制备和应用中有着广泛的应用前景。
1.1.2 高分子自组装法高分子自组装法是指利用自主聚集作用形成多种有序结构及孔道结构的方法，包括相分离法、自组装共聚法、自聚合共混物法等。
可以制备出具有多样化、高度有序的超分子结构材料。
其中自组装共聚法是一种具有潜力的制备方法，可以快速制备出高质量、多成分的超分子材料。
1.1.3 低分子自组装法低分子自组装法是指利用分子间非共价作用形成自组装超分子结构材料的方法，其中包括晶体生长法、表面吸附法、溶液液滴法、薄膜修饰法等。
其中晶体生长法可以制备出具有高度有序孔道结构的超分子材料，可以广泛应用于分离和催化领域。
1.2 模板法模板法是指利用模板分子在聚集作用下形成超分子结构的方法，包括硅酸盐模板法、胶体晶体模板法等。
其中硅酸盐模板法是一种常用的制备方法，可以制备出具有重要应用前景的纳米级别多孔材料，如分离纯化和催化等。
超分子化学
超分子化学的分类、性质以及研究前景一、超分子的概述超分子化学由于与生命科学密切相关已成为一门新兴的化学学科，它是基于冠醚与穴状配体等太环配体的发展以及分子自组装的研究和有机半导体、导体的研究进展而迅速发展起来的。
Lehn给超分子化学起了这样一个定义：“超分子化学是超出单个分子以外的化学，它是有关超分子体系结构与功能的学科。
超分子体系是由两个或两个以上的分子通过分子间超分子作用联接起来具有一定结构和功能的实体或聚集体”。
超分子化学(Chemistry)是在分子和原子的水平上研究物质的性质、组成、结构及变化规律和其应用、制备，以及物质间相互作用关系的科学。
分子是保持物质性质的最小单位。
分子化学是基于原子间的价键，是共价键化学。
然而，分子并不是孤立存在的，而是处于分子问的相互作用中，如范德华(vander Waals)力(包括离子一偶极、偶极一偶极和偶极一诱导偶极相互作用)、静电力、疏水相互作用和氢键等，这些作用力统称为非共价键力。
这些非共价键力弱于共价键力，但是分子之间几种弱相互作用力协同作用的强度却不次于化学键，其在生命体系中起着非常重要的作用。
超分子化学(Supramolecular Chemistry)就是以非共价键弱相互作用力键合起来的复杂有序且具有特定功能的分子聚合体的化学。
可以说超分子化学是共价键分子化学的一次升华、一次质的超越，因此被称为是“超越分子概念的化学”。
打个形象的比喻，如果把超分子比作足球队的话，那么球队的每个成员就是一个分子，一个有组织的足球队的表现并不是单个球员表现的简单加和，而是作为一个有序的聚合体，具有远远超过单个成员简单加和的更特殊和更高级的功能。
超分子体系所具有的独特有序结构正是以其组分分子间非共价键若弱相互作用为基础的。
一般认为，超分子体系分子间的弱相互作用力主要指范德华力（包括静电力、诱导力、色散力和交换力）、氢键、堆砌作用力几种形式。
基于金属-有机配合物设计与合成具有特定结构和性质的新型配位聚合物及超分子化合物是晶体工程学的重要目标。
超分子聚合物功能材料文献综述
超分子聚合物功能材料文献综述超分子聚合物功能材料文献综述--关于荧光超分子聚合物的一些应用把单体结构组元之间由非共价键这种弱分子间相互作用组装而成的分子聚集体称为分子聚合物。
简单地说，在超分子聚合物中，单体是通过非共价键结合在一起的。
之所以将其称为超分子聚合物，一方面是因为这种聚集体中的长链或网络结构类似聚合物的结构；另一方面，时候因为弱分子间作用力赋予这种材料各种软性的类聚合物性能。
超分子聚合物根据共价键结合力的不同主要分为氢键超分子聚合物，配合物型超分子聚合物，π-π堆积超分子聚合物。
含有多种非共价键力的超分子则被称为混合型超分子聚合物。
超分子聚合物化学是超分子化学与高分子化学的交叉学科。
超分子聚合物的聚合度N ≈K×C^(1/2)，其中K为结合常数，C为单体浓度。
目前超分子聚合物的表征上还存在一定的困难，尤其是分子量的表征。
本文结合超分子聚合物的结构，主要阐述了荧光超分子聚合物的应用和制备及其性质。
一、超分子聚合物作为Pd2+荧光探针TPE（四苯基乙烯），是一种荧光发色团，当浓度增加或者在固态时，会发出荧光。
传统的有机荧光发色团在浓溶液和固态时不发光，而在稀溶液中发强光。
TPE的发光机制使其是很好的与超分子对接的荧光分子，这是由于超分子聚合物的形成只能在高浓度的形式下形成。
本文介绍了一种基于冠醚主客体相互作用机制形成的超分子聚合物。
由于TPE的荧光诱发机制，使得TPE呈现出更好的荧光发射特性。
有趣的是，当加入Pd2+后，其荧光强度骤减，因此可以利用这一特性来检测Pd2+。
总之，通过主客体的相互作用利用冠醚做基底，用TPE作为发色团，形成的线状荧光超分子聚合物。
超分子聚合物的从TPE基团获得的AIE的性质不仅出现在溶液中，同时也出现在固态中，而且都比在单体中高。
而且由于Pd2+和1,2,3三唑基的相互协调作用。
随着Pd2+的加入，荧光强度迅速减少。
这使得这种超分子聚合物可以作为Pd2+的荧光探针[1]。
超分子化学综述
导语：超分子化学是基于冠醚与穴状配体等大环配体的发展以及分子自组装的研究和有机半导体、导体的研究进展而迅速发展起来的，它包括分子识别、分子自组装、超分子催化、超分子器件及超分子材料等方面。
其中分子识别功能是其余超分子功能的基础。
超分子学科的应用主要是围绕它的主要功能－识别、催化和传输来进行开发研究。
目前超分子化学的理论和方法正发挥着越来越重要的作用，该学科的研究不仅与各化学分支相结合，又与物理学、信息学、材料科学和生命科学等紧密相关。
在与其他学科的交叉融合中，超分子化学已发展成了超分子科学。
超分子科学涉及的领域极其广泛，它不仅包括了传统的化学(如有机化学、分析化学等)，而且还涉及材料科学、信息科学和生命科学等学科。
由于超分子学科具有广阔的应用前景和重要的理论意义，超分子化学的研究近十多年来非常活跃。
发展：“超分子”一词早在20世纪30年代已经出现，但在科学界受到重视却是50年之后了。
超分子化学可定义为“超出分子的化学”，是关于若干化学物种通过分子间相互作用结合在一起所构成的，具有较高复杂性和一定组织性的整体的化学。
在这个整体中各组分还保持某些固有的物理和化学性质，同时又因彼此间的相互影响或扰动而表现出某些整体功能。
超分子体系的微观单元是由若干乃至许许多多个不同化合物的分子或离子或其他可单独存在的具有一定化学性质的微粒聚集而成。
聚集数可以确定或不确定，这与一分子中原子个数严格确定具有本质区别，把多个组分的基本微观单元聚集成“超分子”的凝聚力是一些(相对于共价键)较弱的作用力。
如范氏力(含氢键)、亲水或憎水作用等。
1967年，Charles Pedersen偶然发现了冠醚这种新型的大分子化合物，十几年后，一个崭新的化学领域——超分子化学终于诞生了。
进入90年代后，Surpramolecular Chemistry杂志的创立说明超分子化学作为化学学科的一个独立的分支，像高分子化学一样，已经得到世界各国化学家的普遍认同。
超分子化学简介
（b）金刚烷型
接点 (CH2)6N4 和CBr4
连接棒 N····Br
两套网格互相穿插： (CH2)6N4·CBr4晶体
（c）四方格型
[Ag9(Me2bpbpz)6](CF3SO3)9 晶体中的 [Ag9(Me2bpbpz)6] 9+网格
6.8、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。
是由分子间非共价键的相互作用，将分子结合 和组织在一起，形成比分子本身要复杂得多的 化学物种。
超分子化学是研究分子社会行为和分子间键的化学. 经典化学中 分子中的键是共价键(或配位键). 从某种意义上来讲, 超分子化学 淡化了有机化学、无机化学、生物化学,催化科学,材料科学相互 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)有机的合 为一个整体,融会贯通.从而为分子器件、材料学和生命科学的发 展开辟了一条崭新的道路, 并提出了二十一世纪化学发展的一个 重要方向.
（c）M-L配位键 金属原子和配位体间形成的共价配键为主
(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）···· 堆叠作用
面对面
边对面
（f）诱导偶极子－诱导偶极子的作用 即色散力：范德华力
2. 熵增加因素
（a）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。
生物医学的应用
基因载体
❖与许多重要蛋白质和生物组装分子的大小及形状很匹配。 ❖PAMAM生理条件下为聚阳离子,且有很好的溶解性，
末端胺基很容易与DNA 中的带负电的磷酸基相互作用。 ❖内部有空腔，促进DNA结合的复合物的稳定性。
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卟啉对杂环化合物吡喃色烯分子识别的研究综述
一、化学科学的研究新领域——超分子化学基本概况
超分子化学(supramolecular chemistry)是基于分子间的非共价键相互作用而形成分子聚集体的化学，主要研究分子之间的非共价键的弱相互作用（如氢键、配位键、亲水/疏水相互作用）及它们之间的协同作用而生成的分子聚集体的组装、结构与功能。
在与其它学科（材料科学、生命科学、信息科学、纳米科学与技术等）的交叉融合中，超分子化学已发展成了超分子科学，被认为是21世纪新概念和高技术的重要源头之一。
1.超分子体系的功能
冠醚、环糊精和杯芳烃等大环化合物都具有穴状结构，能通过非共价键与离子及中性分子形成超分子，在化学物质分离提纯、功能材料研制及超分子催化方面已表现出了广阔的应用前景，引起了越来越多化学家对它的重视和研究。
超分子体系的主要功能是识别、催化和传输。
1.1分子识别功能
所谓分子识别是指主体(底物)对客体(受体)选择性结合并产生某种特定功能的过程，是组装及组装体功能的基础。
分子识别意味着分子结构信息的分子存储和超分子检索，它是在超分子水平上进行信息处理的基础，利用存储于分子基元中的分子信息和分子识别所遵循的程序，按照分子识别活动的规则来操作，可控制分子集合体的生长，又称作程序化的超分子体系。
J. M. Lehn在其诺贝尔奖获奖演讲中指出“分子识别、转换和传输是超分子物种的基本功能”。
这一论述表明分子识别在超分子化学中的核心作用。
分子识别是自然界生物进行信息存储、复制和传递的基础。
例如基因、酶和生物膜的功能都是基于分子识别的原理得以实现的。
以分子识别为基础，研究构筑具有特定生物学功能的超分子体系，对揭示生命现象和过程具有重要意义，并可能给化学研究带来新的突破；同样以分子识别为基础，设计、合成、组装具有新颖光、电、磁性能的纳米级分子和超分子器件，将为材料科学提供理论指导和新的应用体系，为改善人类的生活质量做出重要贡献。
分子识别既是分子器件信息处理的基础，又是组装高级结构的必要条件。
分子识别具有高度的专一性，其关键是要研究清楚超分子体系中分子间弱相互作用是如何协同、加合，之后又是怎样产生方向性和选择性的，它包含2 方面内容：一是分子间有几何尺寸、形状上的相互识别；二是分子对i u机分子的结晶过程被认为是分子识别最为准确和典型的实例，有机分子晶体是上百万个分子通过极其准确的相互识别自我构造的组装体。
分子识别包括所有阳离子、阴离子及中性有机、无机或生物分子的识别。
一些具有特殊配位能力的大环配体、大多环穴状配体等对金属离子产生识别，如球形三环穴状配体(I)可与大的阳离子C+
形成稳定的配合物而识别。
由于(I)的4个氮原子恰好处在正四面体顶点，它可与正四面体结构的铵离子，通过氢键形成稳定的穴状配合物而产生识别。
含氮穴状配体中的氮原子质子化后便可成为阴离子受体，如穴状配体(I)质子化后便可与氯离子通过静电力(离子对)形成稳定的穴状化合物，与溴离子等改变穴状配体内部空间的大小便可
对不同阴离子进行识别。
对受体(I)进行质子化实验时，还发现该化合物特别易生成二质子化产物，这是由于二质子化产物与水分子通过氢键形成稳定的穴状化合物
(II)，即与中性分子形成穴状化合物。
其他阴离子的结合能力则弱得多而产生识别。
分子与位点识别是超分子体系的基础，识别是指给定受体与作用物选择性结合并产生某些特定功能的过程。
发生在分子间的识别过程称为分子识别；发生在实体局部间的识别过程谓之位点识别。
识别过程需要作用物与受体间空间匹配、力场互补，实质上是超分子信息的处理过程。
分子识别是类似“锁和钥匙”的分子间专一性结合，可理解为底物与受体间选择性键合，是形成超分子结构的基础。
超分子作用对于某些化学反应过程，如催化等具有重要意义，特别是在生物体系中，相当多的生物化学过程离不开这种作用，如底物与蛋白质的作用，酶催化过程，遗传密码的复制、翻译、转录等及抗体与抗原的作用等。
因此，分子识别是自然界生物进行信息存储、复制和传递的基础。
1.2 主体-客体化学
超分子化合物中的组分被称为受体(ρ)和底物(σ)，又称为主体(host)和客体(guest)，主客体分子通过分子识别选择性的结合后产生超分子体系(host-guest)。
分子识别(molecular recognition)和自组装(self-assembly)是超分子化学研究的两个主要领域[39-44]。
超分子封装(supramolecular
encapsulation)可以定义为内部有空穴的分子通过超分子作用力将其它分子装载到内部空穴中的一种超分子行为。
通过超分子封装得到的超分子体系中的组分称为主体(host)和客体(guest)，主客体分子结合后产生超分子体系(host-guest) 。
常见的主体分子有环糊精(Cyclodextrins)，杯芳烃(Calixarenes)，卟啉(Porphyrin)，冠醚(Crown ethers)，超支化聚合物(Hyperbranched polymer)[7]，以及树枝状大分子(Dendrimers)等。
常见的客体分子有：金属离子，无机小分子，卟啉及其金属配合物。
有了超分子化学的帮助，我们就可以看出，要想模拟生物体内的酶催化体系，必须有一个合适的主体分子，而把水溶性卟啉作为客体分子，从而形成一个完整的超分子体系。
但是，通常的主体分子，如环糊精，杯芳烃，冠醚等，其自身的尺寸太小，无法适合来模拟酶催化体系中的多肽链和蛋白质结构。
由于自然界和生命体中卟啉和金属卟啉的广泛存在，如叶绿素(镁卟啉)、血红素(铁卟啉)、维生素B12(钴卟啉)，其核心结构都是卟啉的金属衍生物，在新陈代谢中起着不可缺少的作用，因此人们对卟啉的研究一直比较重视。
诺贝尔化学奖得者Lehn 等提出超分子概念以后，引起人们对超分子研究极大兴趣，而对作为具有超分子特性的卟啉的研究也就更趋活跃。