小分子的超分子化学和大分子自组装
纳米粒子的自组装
纳米粒子的自组装 摘要：本文主要介绍了自组装的相关基础知识，并具体对纳米粒子的自组装进行了介绍，通过组装单元的类型对纳米粒子的自组装进行分类。组装单元有柔性的也有刚性的，有各向异性的也有各向同性的。分为各向同性刚性粒子的自组装、各向异性刚性粒子的自组装、各向异性柔性粒子的自组装以及各向同性柔性粒子的自组装这四类进行了详细介绍。 关键词：纳米粒子，自组装，刚性，柔性，各向同性，各向异性 1引言 组装在汉语释义中，是指把零散的部件组合在一起，使成为整体，组装的过程中，用到的是人力或者机械力。与日常生活中的“组装”不同，自组装（self-assembly）是指在非共价力的作用下，小分子、大分子或纳米粒子组合成规则有序的物体。这里的非共价力包括范德华力、氢键、静电作用、疏水作用、偶极相互作用等，称为自组装的驱动力，非共价力不是人手或者机械可以操控的，非共价力的操控需要人们对于物理化学的原理的理解和运用。自组装形成的规则有序的物体称为自组装体或者组装体（assembly），形成组装体的原料成为组装单元（building block），根据组装单元的不同，相应的就有小分子自组装、大分子自组装和纳米粒子的自组装。 图1.1是不同尺度物体生产的空间坐标轴，在坐标轴的右侧，常规加工可以制造各种尺寸大于0.1mm的物体，制造的技术已经非常成熟。微加工（microfabrication）则可以制造各种复杂形貌的微米物体（1-100μm），比如用双光线技术。在坐标轴的左侧，在零点几纳米到几纳米的尺度内，有机化学已经可以根据需要设计合成各种目标分子，技术已经非常成熟；在几个纳米到几百纳米范围内，高分子化学家则可以合成各种构造的高分子入梳形高分子，胶体化学家可以合成各种纳米晶体如八角状的纳米晶体，该尺度范围内，虽然还不能按照需要任意地制备物体，但是已经可以制造很多种不同结构不同形貌的物体，然而对于位于坐标轴中间的几十纳米到几个微米的尺度范围来说，该尺度大于化学合成所能制备的物体的上限，小于常规加工和微加工所能达到的下限，该尺度范围内的制造需要人们通过物理化学的原理的理解和使用来完成，这就是大分子自组装以及纳米粒子的自组装的任务所在。 图1.1 Fabrication of objects at all scales 大分子自组装经过三十年的发展，通过嵌段共聚物溶液自组装的方法可以制备二三十种
超分子化学综述
超分子化学期末论文（设计）题目：超分子化学简介及应用 学院：化学与化工学院 专业：材料化学 班级：材化101 班 学号： 1 0 0 8 1 1 0 0 2 4 学生姓名：朱清元 指导教师：倪新龙 2013年12月10日
贵州大学本科毕业论文（设计） 诚信责任书 本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。 特此声明。 论文（设计）作者签名： 日期：
目录 摘要： (1) 关键字： (1) Abstract: (1) Keywords: (1) 第一章.前言 (1) 第二章.超分子化学的理论基础 (2) 第三章.超分子化合物的分类 (2) 3.1杂多酸类超分子化合物 (2) 3.2 多胺类超分子化合物 (3) 3.3 卟啉类超分子化合物 (3) 3.4 树状超分子化合物 (3) 3.5 液晶类超分子化合物 (3) 3.6 酞菁类超分子化合物 (4) 第四章.超分子化合物的特性 (4) 4.1 超分子的自组装 (4) 4.2 超分子的自组织 (5) 4.3 超分子的自复制 (5) 第五章.超分子化学的应用 (6) 5.1、在高科技涂料中的应用 (6) 5.2、在手性药物识别中的应用 (6) 5.3、在油田化学中的应用[1] (7) 5. 4、超分子化合物作为分子器件方面的研究 (7) 5. 5 超分子化合物在色谱和光谱上的应用 (7) 5. 6 超分子催化及模拟酶的分析应用 (8) 5. 7 在分析化学上的应用 (8) 第六章.结语 (8) 第七章.文献资料 (9)
超分子化学
超分子化学 一、超分子化学的概述 1973年，D.J.Cram报道了一系列具有光学活性的冠醚，可以识别伯胺盐形成的配合物；分子识别的出现为这一新的化学领域注入了强大的生命力，之后它进一步延伸到分子间相互识别和作用，并广泛扩展到其它领域，从此诞生了超分子化学。超分子化学的概念和术语是在1978年引入的，作为对前人工作的总结和发展。1987年，Nobel化学奖授予了C.J.Pederson、D.J.Cram和J.-M.Lehn，标志着超分子化学的发展进入了一个新的时代，超分子化学的重要意义也因此被人们更多的理解。[1] 超分子化学是关于若干化学物种通过分子间相互作用，包括氢键、主客体作用、疏水疏水作用、静电作用、堆积等作用结合在一起构筑的、具有高度复杂性和一定组织性的整体化学 超分子化学的定义可由下图所示 图一：从分子化学到超分子化学：分子、超分子、分子和超分子器件 由上图所示分子化学是基于原子间的共价键，而超分子化学则基于分子间的非共价键相互作用，即两个或两个以上的物质依靠分子间键缔合，所以超分子化学也可以被定义为分子之外的化学。
图二：分子与超分子 由弱相互作用加和形成强相互作用，由各向同性通过定向组合（选择性）形成各向异性，这是分子化学和超分子化学的分界线。 超分子化学不是靠传统的共价键力,而是靠非共价键的分子间作用力,如范德华力,即由分子内的永久偶极、瞬间偶极和诱导偶极在分子间产生的静电力、诱导力和色散力的相互作用,此外还包括氢键力、离子键力、阳离子一二和叮一二堆集力以及疏水亲脂作用力等。一般情况下,它是几种力的协同、加和,并且还具有一定的方向性和选择性,其总的结合力强度不亚于化学键。正是这些分子间弱相互作用的协调作用(协同性、方向性和选择性决定着分子与位点的识别。[2] 超分子化学并非高不可攀，有许多超分子结构都处于我们的日常生活中，如 的结构类似于圆弓西方把轮烯比为东方的算盘，索烃是舞池中的一对舞伴，C 60 建筑物，环糊精和当今的激光唱片一样有同样的功能--储存和释放信息，DNA双螺旋则与早餐的麻花形状相似。
基于环糊精包结络合作用的大分子自组装
摘要 本文综述了基于环糊精包结络合作用的大分子自组装的研究进展,包括: (1) 线型、梳型、多臂星型或超支化聚合物与环糊精或其二聚体自组装形成多聚轮烷(分子项链) 、多聚准轮烷、双多聚(准) 轮烷、分子管、双分子管、超分子凝胶及其应用; (2) 桥联环糊精与桥联客体分子自组装制备线型或超支化超分子聚合物; (3) 温度、pH 值、光及客体分子刺激响应智能体系; (4) 通过亲水性的环糊精线型均聚物与含金刚烷的疏水性聚合物之间的包结络合作用来制备高分子胶束及其空心球等。 关键词环糊精自组装包结络合 引言 环糊精(cyclodextrins , cycloamyloses , 通常简称为CDs) 是一类由D2吡喃葡萄糖单元通过α21 , 4 糖苷键首尾连接而成的大环化合物,常见的α2、β2和γ2环糊精分别有6、7 和8 个葡萄糖单元[1 ] 。其分子结构如图1 所示[2 ] 。由于每一个吡喃葡萄糖单元都是4C1椅式构象,整个分子呈截顶圆锥状腔体结构。 本文结合本课题组近期相关的研究工作,着重阐述基于环糊精包结络合作用的各种分子自组装行为。 2. CDs 包结络合作用的选择性 从本质上看, 主客体化学的基本意义源于酶和 底物间的相互作用, 这种作用常被理解为锁和匙 之间的相互匹配关系,即主体和客体分子间的构 互补和分子识别关系。显然, 作为主体的CDs 客 体分子形成包合物的一个基本要求是尺寸的匹配, 即、对体积的选择性。 一般来说,α2CD 的空腔尺寸适合包结单环芳烃(苯、苯酚等) ,也可与偶氮苯衍生物客体分子形成稳定的包结物,同时它更适合与筒状或球状客体分子。 3.自组装超分子聚合( Supramolecular Polymer) 超分子聚合物是单体单元之间经可逆的和方向 性的次价键相互作用连接而成的聚合物[31 ] 。超分 子聚合物的合成(超分子聚合) 涉及互补单体通过分
生活中的超分子化学
《超分子化学的应用及前景》 学号：1630140051学院：初等教育学院 姓名：付金环
到20世纪末21世纪初，30%～40%的化学家将要运用包括分子识别在内的超分子化学的某些知识去解决所面临的问题。--------题记上世纪八十年代末诺贝尔化学奖获得者J.M.Lehn创造性的提出了超分子化学的概念，它的提出使化学从分子层次拓展到超分子层次，这种分子间相互作用形成的超分子组装体，是人类认识上的飞跃，更是化学领域的一大成就。从此以后，人们的认知水平提升了，认识到了分子已不再是保持物性的最小单位，化学界的功能的最小单位新秀超分子逐步登上历史舞台，分子作为最小单位的时代已随滚滚东流一同逝去，不复回环。功能产生于超分子组装体之中，此种认识带来的飞跃是人类历史上的一大步。据悉，如今已有百分之四十的化学家要用超分子化学的知识来解决自己所面临的化学问题。超分子化学已经成为当今时代新思想新概念和高技术的主要源头。“问渠那得清如许，为有源头活水来”，没错，当代社会的飞速发展离不开科技，科技是第一生产力，从国家事业到百姓生活，都与化学世界息息相关。接下来，让我们一起来了解一下超分子化学在生活中的应用及其前景。 首先来说说医药方面，人食五谷谁能不得病，所以医药类是最与人们息息相关的。超分子化学在药物开发中的应用研究是国际学术界和工业界共同关注的一个热点。药品是关系到广大人民群众生命安危与健康的特殊商品，考虑到储存、服用与携带的方便及制造成本等诸多因素，大部分药物都设计成固体剂型，而在药物的各种固体形态中，晶型药物由于稳定性、重现性及操作性等方面的优势而被优先选用．晶型药物包括了药物的多晶型、水合物、溶剂化物和盐类。药物活性分子通常因含有各种官能团而具有不同的生物活性．最新研究发现，这些官能团能够利用氢键或者其它非共价键作用而与其它有机分子通过分子间的识别作用生成超分子化合物，即药物共晶，从而有效改善药物本身的结晶性能、物化性质及药效，成为药物固体制剂的一个新选择被引入的有机分子，也称为共晶试剂，可以是辅料、维生素、矿物质、氨基酸及食品添加剂等。因此，对于一个给定的药物，可能生成数以百计的药物共晶，为剂型设计提供了更多的选择．此外，新的药物共晶可获得知识产权保护，延长原有药物的市场周期，具有广阔的应用前景。 不仅是医药方面，在其他方面超分子化学也是翘楚，由于能够模仿自然界已存在物质的许多特殊功能，形成器件，因此它的潜在应用价值已倍受人们青睐。超薄膜、纳米材料、高分子有机金属材料、非线性光学材料及高分子导电材料等已成为国内许多研究机构热点。此外，超分子化学在生物传感器、润滑材料、防腐蚀材料、膜材料、黏合剂及表面活性剂等方面也有很广泛的应用前景，目前，除了冠醚外，环糊精、环芳烃、索烃、旋环烃、级联大分子等作为新的超分子实体，也引起广泛关注。 于当下国际上超分子科学的研究开展得如火如荼之际，如发达国家和地区，如欧盟、美国和日本等都投入了大量的人力和物力进行超分子科学方面的研究与开发。在国家自然科学基金委、科技部、教育部、中国科学院等相关部门的大力支持下，我国的科学工作者较早地开展了超分-T-科学研究，并做出了一大批有特色的工作。在当下以经济和科技实际为基础的综合国力之间的较量的大环境下，我国必须重视科技，重视超分子化学的开发与运用，中国这只东方雄狮才能更好地屹立于世界之林。 接下来谈一谈超分子化学在油田开发中的应用。在油田化学中主要利用的是超分子的疏水作用、配位作用、氢键作用和静电作用。疏水缔合水溶性聚合物通过疏水缔合作用形成暂时的三维立体网络结构。疏水缔合聚合物溶液的表观粘度由本体粘度和结构粘度两部分组成,当聚合物浓度高于某一临界缔合浓度后,大分子链通过疏水缔合作用以及静电、氢链或范德华力作用聚焦,形成以分子间缔合为主的超分子结构——动态物理交联网络,流体力学体积增大,溶液结构粘度增加使其表观粘度大幅度升高。这种结构的形成受外界条件的影响，如温度、矿化度和剪切速率等。因优良的增粘、抗温、抗盐和剪切稀释性能而用于聚合物驱油剂的研究。除用做驱油剂之外,还可用于流体输送的减阻剂、钻井液与完井液添加剂、阻垢分
NiCr-LDHs的制备及光催化性能研究
化学工程学院 新产品开发训练报告 2014-12 课题名称： CoCr-LDHs的制备及光催化性能研究 课题类型：论文 班级：应化 1102 姓名：周柳 学号： 1112083076 指导教师：薛莉 （使用说明：设计/论文请选一使用，左侧装订）
第一部分文献综述 1.1 水滑石的定义及研究背景 层状双金属氢氧化物（Layered Double Hydroxide,LDH）是水滑石（Hydrotalcite,HT）和类水滑石化合物（Hydrotalcite-Like Compounds,HTLCs）的统称，由这些化合物插层组装的一系列超分子材料称为水滑石类插层材料（LDHs）[1]。 水滑石材料属于阴离子型层状化合物。层状化合物是指具有层状结构、层间离子具有可交换性的一类化合物，利用层状化合物主体在强极性分子作用下所具有的可插层性和层间离子的可交换性，将一些功能性客体物质引入层间空隙并将层板距离撑开从而形成层柱化合物。水滑石类化合物(LDHs) 是一类具有层状结构的新型无机功能材料, LDHs的主体层板化学组成与其层板阳离子特性、层板电荷密度或者阴离子交换量、超分子插层结构等因素密切相关。 LDHs的发展已经历了一百多年的历史，但直到二十世纪六十年代才引起物理学家和化学家的极大兴趣。1842年，Hochstetter首先在片岩矿层中发现了天然水滑石矿物。[2]后来又相继在挪威的Sunarum地区以及俄罗斯的Ural地区发现了少量的天然水滑石矿。在二十世纪初，人们发现了LDH对氢加成反应具有催化作用，并由此开始了对LDH结构的研究。1942年，Feitknecht等首次通过金属盐溶液与碱金属氢氧化物反应人工合成出了LDH，并提出了双层结构模型的设想。1966年，Kyowa公司首先将LDH的合成工业化。1969年，Allmann等通过测定LDH单晶结构，首次确认了LDH的层状结构。[3，4]七八十年代时，Miyata等对其结构进行了详细研究，并对其作为新型催化材料的应用进行了探索性的工作。在此阶段，Taylor和Rouxhet 还对LDH热分解产物的催化性质进行了研究，发现它是一种性能良好的催化剂和催化剂载体。Reichle等研究了LDH及其焙烧产物在有机催化反应中的应用，指出它在碱催化、氧化还原催化过程中有重要的价值。 进入二十世纪九十年代，人们对LDHs的研究更为迅速。随着现代分析技术和测试手段的广泛应用，人们对LDHs结构和性能的研究不断深化，对LDHs层状结构的认识加深，其层状晶体结构的灵活多变性被充分揭示。特别是近年来，基于超分子化学定义及插层组装概念，有关LDHs的研究工作获得了更深层次上的理论支持，在层状前体制备、结构表征、超分子结构模型建立、插层组装动力学和机理、插层组装体的功能开发等诸方面得到了许多具有理论
超分子化学的应用及前景展望
浅谈超分子化学的应用及前景展望 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。 1987年，莱恩(Lehn J. M.)、克拉姆(Cram D. J.)和彼得森(Perterson C. J.)三位化学家以其对发展和应用具有特殊结构的高分子的巨大贡献而获得诺贝尔化学奖。莱恩在获奖演讲中，首次提出了“超分子化学”的概念。同时克拉姆创立和提出了主—客体化学理论，彼得森则发展和合成出大批具有分子识别能力的冠醚。至此，以“超分子化学”为名称的新的化学学科蓬勃地发展起来，并以其新奇的特性吸引了全世界化学家的关注和热衷。近年来Supramolecular 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，已经得到世界各国化学家的普遍认同。 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。涉及的应用包括：在化学药物方面的研究与应用，在光化学上的应用，在压电化学传感器中的应用，识别作用（酶和受体选择性的根基）的应用，在有机半导体、导体和超导体以及富勒烯中的应用，作为分子器件方面的研究，在色谱和光谱上的应用，催化及模拟酶的分析应用，在分析化学上的应用等等。 超分子化学在药物开发中的应用研究是国际学术界和工业界共同关注的一个热点。药物分子和其它有机分子通过氢键作用结合在一起形成的药物超分子化合物,可有效改善药物的溶解度、生物利用度等性质,成为药物制剂的一个新选择。超分子药物化学是超分子化学在药学领域的新发展。该领域发展迅速，是一个新兴的交叉学科领域，正在逐渐变成一个相对独立的研究领域。迄今已有许多超分子化学药物应用于临床，其效果良好。更多的超分子体系正在作为候选药物进行临床研究开发。超分子化学药物因具有良好的稳定性、安全性、低毒性、不良反应少、高生物利用度、消除药物异味、克服多药耐药、药物靶向性强、多药耐药性小、生物相容性好、高疗效以及开发成本低、周期短、成功可能性大等诸多优点而备受关注，在抗肿瘤、抗炎镇痛、抗疟、抗菌、抗真菌、抗结核、抗病毒、抗癫痫、作为心血管和磁共振
镁铝复合氧化物的制备与表征开题报告
本科毕业设计（论文）开题报告 题目：镁铝复合氧化物的制备与表征 学生姓名： 院（系）：化学化工学院 专业班级：应用化学 指导教师： 完成时间：
1.课题研究的意义 随着世界大工业发展带来的能源短缺、环境污染等问题的加剧和人们环保意识的不断加强，发展环保、绿色的催化新工艺成为了一个研究的热门方向。实验证实复合金属氧化物具有独特的结构、电磁性质和较高的氧化、还原催化活性，在新催化剂材料开发方面已得到高度重视，特别是在有机合成方面所表现出来的绿色环保性能，让世界各国的学者对其青睐有加。 层状双金属氢氧化物（Layered Double Hydroxide,LDH）是水滑石（Hydrotalcite,HT）和类水滑石化合物（Hydrotalcite-Like Compounds,HTLCs）的统称，由这些化合物插层组装的一系列超分子材料称为水滑石类插层材料（LDHs）。LDHs 的层板由镁八面体和铝氧八面体组成。所以，具有较强的碱性。不同的LDHs的碱性强弱与组成中二价金属氢氧化物的碱性强弱基本一致，但由于它一般具有很小的比表面积(约5—20 m2/g)，表观碱性较小，其较强的碱性往往在其煅烧产物LDO中表现出来。LDO一般具有较高的比表面积(约200—300m2/g)、三种强度不同的碱中心和不同的酸中心，其结构中间中心充分暴露，使其具有比LDH更强的碱性。 将催化活性物种插入水滑石层间，以水滑石为前体，通过焙烧可制备高分散复合金属氧化物型催化剂，一般具有过渡金属含量高活性位分布均匀晶粒小比表面积大可以抑制烧结良好的稳定性等特点，从而表现出优异的催化性能，在催化剂或催化剂载体等领域得到了广泛应用。 2.国内外的研究历史及现状 2.1 国内外研究历史 LDHs的发展已经历了一百多年的历史，但直到二十世纪六十年代才引起物理学家和化学家的极大兴趣。1842年，Hochstetter首先在片岩矿层中发现了天然水滑石矿物。后来又相继在挪威的Sunarum地区以及俄罗斯的Ural地区发现了少量的天然水滑石矿。 在二十世纪初，人们发现了LDHs对氢加成反应具有催化作用，并由此开始了对LDHs结构的研究。 1942年，Feitknecht等首次通过金属盐溶液与碱金属氢氧化物反应人工合成出了LDH，并提出了双层结构模型的设想。 1966年，Kyowa公司首先将LDH的合成工业化。 1969年，Allmann等通过测定LDH单晶结构，首次确认了LDHs的层状结构。 七八十年代时，Miyata等对其结构进行了详细研究，并对其作为新型催化材料的应用进行了探索性的工作。在此阶段，Taylor和Rouxhet还对LDHs热分解产物的催化性质进行了研究，发现它是一种性能良好的催化剂和催化剂载体。Reichle等研究了LDH 及其焙烧产物在有机催化反应中的应用，指出它在碱催化、氧化还原催化过程中有重
分子自组装原理及应用
分子自组装原理及应用 分子自组装的原理及特点： 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。分子自发地通过无数非共价键的弱相互作用力的协同作用是发生自组装的关键。这里的“弱相互作用力”指的是氢键、范德华力、静电力、疏水作用力、ππ堆积作用、阳离子π吸附作用等。非共价键的弱相互作用力维持自组装体系的结构稳定性和完整性。并不是所有分子都能够发生自组装过程,它的产生需要两个条件:自组装的动力以及导向作用。自组装的动力指分子间的弱相互作用力的协同作用,它为分子自组装提供能量。自组装的导向作用指的是分子在空间的互补性,也就是说要使分子自组装发生就必须在空间的尺寸和方向上达到分子重排要求。 自组装膜的制备及应用是目前自组装领域研究的主要方向。自组装膜按其成膜机理分为自组装单层膜(Self- assembled monolayers , SAMs和逐层自组装膜(Layer -by –layer self-assembled membrane)。如图1所示,自组装膜的成膜机理是通过固液界面间的化学吸附,在基体上形成化学键连接的、取向排列的、紧密的二维有序单分子层,是纳米级的超薄膜。活性分子的头基与基体之间的化学反应使活性分子占据基体表面上每个可以键接的位置,并通过分子间力使吸附分子紧密排列。如果活性分子的尾基也具有某种反应活性,则又可继续与别的物质反应,形成多层膜,即化学吸附多层膜。自组装成膜较另外一种成膜技术ＬａｎｇｍｕｉｒＢｌｏｄｇｅｔｔ(ＬＢ)成膜具有操作简单,膜的热力学性质好,膜稳定的特点,因而它更是一种具有广阔应用前景的成膜技术。另外,根据膜层与层之间的作用方式不同,自组装多层膜又可分为两大类,除了前面所述基于化学吸附的自组装膜外,还包括交替沉积的自组装膜。通过化学吸附自组装膜技术制得的单层膜有序度高,化学稳定性也较好。而交替沉积自组装膜主要指的是带相反电荷基团的聚电解质之间层与层组装而构筑起来的膜,这种膜能把膜控制在分子级水平,是一种构筑复合有机超薄膜的有效方法。 分子自组装体系形成的影响因素： 分子自组装是在热力学平衡条件下进行的分子重排过程,它的影响因素也多种多样,主要有以下三个影响因素: 1 分子识别对分子自组装的影响 分子识别可定义为某给定受体对作用物或者给体有选择地结合并产生某种特定功能的过程,包括分子间有几何尺寸、形状上的相互识别以及分子对氢键、ππ相互作用等非共价相互作用力的识别。利用分子彼此间的识别、结合特征,从中挖掘高效、高选择性的功能。若将具有识别部位的多个分子组合,彼此便寻找最安定、最接近的位置,并形成超过单个分子功能的高次结构的聚集体。在有机分子自组装过程中控制组装顺序的指令信息就包含于自组装分子之中,信息依靠分子识别进行。目前分子识别进一步应用于临床药物分析、模拟酶催化以及化学仿生传感器。为定性分离和设计提供更多的信息,也为加速分子发现提供潜能。 2 组分对分子自组装的影响 组分的结构和数目对自组装超分子聚集体的结构有很大的影响。吴凡等利用扫描轨道电镜观测了4 十六烷氧基苯甲酸(Ｔ1)和3,4,5 三取代十六烷氧基苯甲酸(Ｔ3)分子在石磨上形成的自组装体系的结构,结果发现这两种分子的自组装排列结构有着很大的不同:Ｔ1分子形成的是有序的明暗相间的条陇状结构,而Ｔ3分子形成的是密堆积结构。这说明组分结构的微小变化或组分的数目变化可能导致其参与形成的自组装体结构上的重大变化。 3 溶剂对分子自组装的影响 绝大多数对自组装体系的研究都是在溶液中进行的,因而溶剂对自组装体系的形成起着关键作用。溶剂的性质及结构上的不同都可能导致自组装体系结构发生重大改变。任何破坏非共价键的溶剂,都可能会影响到自组装过程的进行,包括溶剂的类型、密度、ｐＨ值以及浓
超分子自组装及其应用的研究进展
得分：_______ 南京林业大学 研究生课程论文2013 ～2014 学年第二学期 课程号：73421 课程名称：超分子化学 论文题目：超分子自组装及其应用的研究进展 学科专业：材料学 学号：3130161 姓名：王礼建 任课教师：李文卓 二○一四年六月
超分子自组装及其应用的研究进展 王礼建 （南京林业大学理学院，江苏南京210037） 摘要：分子自组装是近年来倍受重视的国际前沿课题，它将会极大促进信息、能源、生命、环境和材料科学等学科领域的发展，介绍了基于氢键、π键、配位键、双亲分子4种自组装体系，重点综述了这4种自组装体系在高分子合成领域中的最新进展，最后对超分子自组装的发展趋势做了展望。 关键字：超分子；自组装；应用；进展 Advances in supramolecular self-assembly and its applications WANG Li-jian (College of Science, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China) Abstract：Supramolecular self-assembly is a highly valued field in recent years, it will greatly promote the development of information, energy, life, environmental and materials science disciplines. This article describes four kinds of self-assembled system based on hydrogen bond, π bond, coordination bond and amphiphilic molecules. Mainly review its applications and research progress in the fields of supramolecular polymer synthesis. Finally make the prospects for its development. Key words: Supramolecular; self-assembly; application; Progress 1 超分子化学的概念 超分子化学简言之是研究各个分子间通过非共价键作用形成具有特定功能体系的科学。从而使化学从分子层次扩展到超分子层次。这种分子间相互作用形成的超分子组装体，带给人们许多认识上的飞跃，认识到分子已不再是保持物性的最小单位。也称为超分子化学(supermolecular chemistry)。超分子化学主要研究超分子体系中基元结构的设计和合成体系中弱相互作用。体系的分子识别和组装体系组装体的结构和功能以及超分子材料和器件等等。它是化学和多门学科的交叉领域。它不仅与物理学、材料科学、信息科学、环境科学等相互渗透形成了超分子科学，而更具有重要理论意义和潜在前景的是在生命科学中的研究和应用。例如生物体内小分子和大分子之间高度特异的识别在生命过程中的调控等。
超分子化学.doc
超分子化学 一．概念 1894 年，德国 E. Fischer 基于“分子间选择性作用”的思想提出了“锁－钥匙”模型，这一思 想已形成了现代超分子科学理论的雏形。上世纪三十年代，胶体化学的一个鼎盛时期，德国 K. L. Wolf 等创造了“超分子”一词，用来描述分子缔合而形成的有序体系。1978 年，法国 J. M. Lehn( 诺贝尔化学奖获得者) 基于传统的植根于有机化学中的主客体系研究,提出了“超分子化学”的完整概念，他指出：“基于共价键存在着分子化学领域，基于分子组装体和分子间 键而存在着超分子化学”。# 超分子至少有两个组分，Lehn 借用生物学中已有的概念，分别称为底物和受体。他对受体 的设计进行了综合，最重要的是提出在设计受体时考虑到其结构的刚性与柔性的结合。典型示范加上他所提出的分子识别(molecular recognition) 概念（也是从生物学中“借”来的），从而给超分子的形成过程赋予智能化反应的特点。虽然 , Lehn 对自己所提出的分子识别、化学信息学和化学反应智能化等的理论工作并未进一步深化,但人们对分子识别概念的应用，特 别是在分子器件和分子自组装作用的研究方面已取得了很大的成绩。分子识别是自然界生物 进行信息存贮、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、组装具有新颖的光、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。 超分子化学可以定义为“分子之上的化学”，分子化学主要研究原子之间通过共价键（或离子键）形成的分子实体的结构与功能，而超分子化学则研究两个或多个分子通过分子间作用力 结合而成的化学实体的结构与功能。由于分子间作用力作为化学实体（指有较固定的结构和 性质）内的主要键合力的研究尚待深入，但是其意义与作用已提升到20 世纪初期的化学键理论同样的高度，并将进一步促进有关超分子化学理论工作的开展。 二. 现状 目前，超分子化学已远远超越了原来有机化学主客体体系的范畴，形成了自己独特的概念和 体系：如分子识别、分子自组装、超分子器件、超分子材料等，构成了化学大家族中一个颇 具魅力的新学科；同时，超分子的思想使得人们重新审视许多传统的但仍具很大挑战的已有 学科分支，如配位化学、液晶化学、包合物化学等，并给它们带来了新的研究空间。超分子化学的重要特征之一是它处于化学、生物和物理学的交界处，从不同角度揭示分子组装 的推动力及调控规律。对超分子化学的研究主要集中于： 1.基础理论研究 : 主要是超分子结构及其谱学的研究 ,包括分子间弱相互作用与分子识别，超分子静态与动态结构，理论计算 模拟，超分子的组装方法及自组装过程，超分子体系的谱学研究等； 2.与物理以及材料科学的交叉 : 通过组装形成的超分子化合物材料具有结构多样性，在催化、分子识别、化学吸附、分子磁体、非线性光学、药物合成等领域有着广阔的应用潜力，因此它的研究成为当前超分 子化学研究的热点之一。超分子化学在纳米材料制备、纳米团簇的超分子化学组装、层状三维结构与器件、插层材料及功能化、表面图案与功能化，光电信息材料及器件等领域已取得 重大进展； 3. 与化学及生物学的交叉: 超分子化学为化学学科提供了新颖的轮廓和观点，其 基础概念已经贯穿了主要的化学领域，与无机化学、大环化学、配位化学、金属有机化学的 结合呈现出强大的生命力 ;在分子识别与人工酶、酶的功能、短肽及环核酸的组装体及其功 能等领域有着广阔的应用前景。 超分子化学是基于分子间相互作用和分子聚集体的化学，在与材料科学、生命科学等其它学科的交叉融合中，超分子化学已发展成超分子科学，被认为是21 世纪新概念和高技术的重 要源头。
北京化工大学研究生课程超分子插层组装化学复习题
《超分子插层组装化学》复习题 1.超分子化学的定义及其研究范畴 Supramolecular Chemistry is the chemistry of the intermolecular bond, covering the structures and functions of the entities formed by associasion of two or more chemical species。 超分子化学是关于分子间相互作用和分子聚集体的化学。 研究范畴：超分子化学作为化学的一个独立分支，已经得到普遍认同； 它是一个交叉学科，涉及无机与配位化学、有机化学、高分子化学、生物化学和物理化学；由于能够模仿自然界已存在物质的许多特殊功能，形成分子器件，因此它也构成了纳米技术、材料科学和生命科学的重要组成部分 超分子科学体系研究范畴：以分子识别为基础、分子自组装为手段、组装体功能为目标。2.分子识别 分子识别（molecular recognition）是由于不同分子间的一种特殊的、专一的相互作用，它既满足相互结合的分子间的空间要求，也满足分子间各种次级键力的匹配，体现锁(lock)和钥匙(key)原理，即能量特征和几何特征的互补。 3.简述三位超分子化学奠基者对超分子化学的发展所做的贡献 1.C.J.Pederson (彼得森) 1967年在本想合成非环聚醚（多元醚）的实验中，第一次发现了冠醚。大环聚醚——冠醚合成；选择性络合碱金属；揭示了分子和分子聚集体的形态对化学反应选择性起着重要的作用；人工合成中的第一个自组装作用。 2. D. J. Cram(克拉姆) 以Pederson工作为入口，进行了系列的主客体化学的研究。基于大环配体与金属或有机分子的络合化学方面的研究;创立和提出了以配体（受体）为主体、以络合物（底物）为客体的主-客体化学（host-guest chemistry）理论； 3.J. M. Lehn(莱恩)1969年合成第一个大双环穴状配体，研究了其结构和性能，并进一步进行了分子器件的设计。模拟蛋白质的螺旋结构，超越了大环与主客体化学研究范畴；首次提出了“超分子化学”的概念； 4.简述非共价键力的类型 （非共价键力属于弱相互作用，包括范德华力、静电引力、氢键力、π相互作用力、偶极/偶极相互作用、亲水/疏水相互作用等等） 各种弱相互作用的本质：范德华作用力（诱导偶极-诱导偶极相互作用等等）；静电作用（带电基团间作用）；螯合、络合作用（离子-离子等等）；氢键；配位键，堆叠作用；疏水效应；离子-离子相互作用、离子-偶极相互作用、偶极-偶极相互作用、氢键作用、离子-π相互作用、π-π堆积、范德华作用力、固体中紧密堆积、疏水效应 5.简述氢键在超分子识别和自组装领域的重要作用及其原因 氢键是超分子识别和自组装中最重要的一种分子间相互作用，由于它的作用较强，涉及面极广，在生命科学和材料科学中都极为重要。例如，DNA的碱基配对，互相识别，将两条长链自组装成双螺旋体。4-120kJ/mol； 高度取向性；实质：特殊的偶极-偶极相互作用。丰富的形成形式氢键在长度、强度和几何构型上是变化多样的，每一个分子中的一个强氢键足以决定固态结构 6.冠醚作为相转移催化剂的原理 相转移催化剂就是将客体物种从一相转移到另外一相。通常两相（液－液相转移）是互不相溶的，使用合适的主体分子可以提高无机盐在非极性介质中的溶解度。s例，固体氰化钾与
超分子自组装材料的多尺度模拟研究方法
超分子自组装材料的多尺度模拟研究方法 1.1引言 超分子化学是研究基于分子间非共价键相互作用而形成的具有一定结构和功能分子聚集体的化学，在与材料科学、生命科学、信息科学、纳米科学与技术等学科的交叉融合中，超分子化学已发展成超分子科学，是21世纪新概念和高技术的重要源头之一。相较于传统化学上所研究的共价键，超分子化学的研究对象是一些较弱且具有可恢复性的分子间相互作用，如氢键、金属配位、xπ堆积、疏水效应等，这些分子间弱相互作用是促进分子识别的关键，对超分子体系的分子识别和组装有着重要意义12。 超分子材料的性能取决于基本构筑单元的分子结构，在更大程度上依赖于这些构筑单元经过自组装得到的介观尺度聚集体的结构与相态，而自组装过程又是影响超分子聚集体结构及其功能的关键因素。超分子自组装过程的影响因素极其复杂，与传统凝聚态物质相比，超分子体系具有更高的流动性及环境依赖性，而正是体系热涨落及外部环境的约束性共同导致超分子体系的新行为，主宰体系演化的机制己从凝聚态物理传统的相互作用能量机制转变为动力学和熵效应的共同作用。外部影响因素或者体系自身的耗散作用能够驱动超分子体系自组装形成各种丰富的结构，从而具有不同的功能及应用范围。
超分子体系自身结构的特点使得体系演化速度慢、松弛时间谱分布宽4.例如，单链聚合物的空间尺度从化学键键长（100m）延伸到链旋转半径（103m），而相应的时间尺度从化学键的振动（10-15可延伸到整条聚合物链的松弛和扩散（105s）。如果考虑聚合物链之间的缠结效应，聚合物链的松弛时间会更长阿。超分子自组装过程也涵盖非常大的空间和时间尺度：超分子材料的形成需要从基本构筑单元的分子尺寸（10°m）过渡到典型有序功能结构的尺寸（10m），此外有序功能结构转变动力学往往发生在微秒或更长的时间尺度上10l对于超分子材料体系而言，由于实验手段的一些限制，许多情况下很难获得这些复杂分子结构在多个尺度上的结构及动力学性质。虽然计算机硬件和算法在近些年得到快速发展，计算机模拟已经成为在各个层面研究超分子自组装材料体系不可或缺的组成部分，但到目前为止还没有一种模拟方法能够同时描述超分子组装体系微观结构、介观组装形貌及宏观材料功能等多个尺度上的性质。因此建立有效的多尺度模拟方法，增强不同尺度模拟方法之间的衔接和信息传递是一项十分紧迫的任务，这也是发展多尺度模拟方法的核心目标。由于缺少单一的模拟方法应用于超分子材料体系的多尺度分析，因此发展多尺度模拟方法的主要任务是把不同尺度上的模拟方法进行完善，同时发展对这些单一尺度模拟方法进行有效连接的手段传统意义上的计算机模拟方法是 随着计算机的发明一起发展起来的。根据研究体系运动的确定性与否分为分子动力学方法21和蒙特卡罗方法1两大类。分子动力学方法是建立在经典力学基础之上，通过求解粒子的运动方程来模拟体系随
超分子化学作业及2004年诺贝尔化学奖得奖者对化学发展的贡献
1．对超分子化学的认识 1.1发展历史 1987年诺贝尔化学奖授予了C.J Pedersen (佩德森)、J.M Lehn (莱恩)、D.J Cram (克来姆)三位化学家，以表彰他们在超分子化学理论方面的开创性工作。1967年Pederson等第一次发现了冠醚。这可以说是第一个发现的在人工合成中的自组装作用。Cram和Lehn在Pedersen工作的启发下，也开始了对超分子化学的研究。从此之后，超分子化学作为一门新兴的边缘科学快速发展起来。 1.2简介 超分子化学不仅涉及无机化学、有机化学、物理化学、分析化学和高分子化学，而且涉及材料、信息和生命科学，它是一门处于近代化学、材料化学和生命科学交汇点的新兴学科。超分子化学的发展不仅与大环化学（冠醚、环糊精、杯芳烃等）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。到目前为止，尽管超分子化学还没有一个完整、精确的定义和范畴，但它的诞生和成长却是生机勃勃、充满活力的。 1.3研究内容 与分子化学相对照，分子化学基于原子间的共价键，而超分子化学则基于分子间的相互作用，即是两个或两个以上的构造块依靠分子间键缔合。 超分子化学的研究领域包括：分子识别，分为离子客体的受体和分子客体的受体；环糊精；生物有机体系和生物无机体系的超分子反应性及传输；固态超分子化学、分为晶体工程、二维和三维的无机网络；超分子化学中的物理方法：模板、自组装和自组织；超分子技术(分子器件及分子技术的应用)。 分子识别是超分子化学的核心研究内容之一。所谓分子识别即是指主体(受体)对客体(底物)选择性结合并产生某种特定功能的过程。它们不是靠传统的共价键力，而是靠称为非共价键力的分子间的作用力，如范德华力(包括离子—偶极、偶极—偶极和偶极—诱导偶极相互作用)、疏水相互作用和氢键等。分子识别主要可分为对离子客体的识别和对分子客体的识别，而以人工合成受体的分子识别主要包括冠醚、穴醚、臂式冠醚、双冠醚、环糊精、化学修
D-IL-01_主客体包结络合作用和大分子自组装
主客体包结络合作用和大分子自组装 江明，郭明雨，邹炯 教育部聚合物分子工程重点实验室，复旦大学高分子科学系，上海 200433 关键词：超分子化学，自组装，水凝胶，主客体作用，包结络合 在2007年全国高分子学术论文报告会上，我们提出：“在大分子自组装的研究中，可充分利用小分子的超分子化学的原理，引入新的超分子构造单元、利用构造超分子结构的驱动力实现大分子自组装，诱导大分子与小分子、大分子与金属纳米粒子以及与量子点等的组装，实现对组装体的结构、功能的控制。这将为大分子组装的进一步深入和发展，提供新的动力与机遇。”本文是我们近两年来基于这一思路的的研究结果的小结。 1．聚合物空心球的超分子表面修饰 由聚合物或表面活性剂形成的囊泡和空心球的表面修饰是开拓此类组装体应用的重要前提。然而，囊泡或空心球通常不能经受化学反应的苛刻条件。我们成功实现了完全基于超分子化学反应的聚合物空心球的内外壁修饰。为此，我们将作为主体分子的β-环糊精CD引入到半刚性聚合物链聚酰亚胺的两端，发现该聚合物在水溶液中可以形成单层空心球结构。作为主体分子的环糊精均匀地分布在空心球的内壁和外壁。进一步，我们利用端基金刚烷(Ada)修饰的不同分子量的PEG，通过CD 和Ada的主-客体包结络合作用来实现聚合物表面的PEG修饰。利用等温滴定量热法ITC和动态和静态激光光散射跟踪了这个过程。结果表明，选择适当Ada-PEG分子量(<2000)，空心球的外壁和内壁都能定量地实现表面修饰，但从动力学上说，外壁的修饰远比内壁修饰为快。由此，我们进一步设计并实现了空心球的内外壁的不对称修饰。 2．基于低分子量PEG/α-CD的超分子凝胶 诸多文献研究表明，高分子量的PEG与α-环糊精在水溶液中可通过包结络合作用形成超分子凝胶。由于该凝胶具有温度响应的gel-sol转变行为和剪切变稀(shear-thinning)的性质，在药物的传输和释放领域具有非常好的应用前景，受到广泛关注。但是具有更好生物相容性的低分子量PEG(Mn≤2K)与α-环糊精却只能形成晶体沉淀而非凝胶。我们的研究发现，将低分子量PEG(Mn=1.1或2 K)的端基接上金刚烷，由于金刚烷的疏水作用，在水中形成胶束。在此胶束中再加入α- 纳米粒子与金环糊精，便形成超分子凝胶。同时，通过β-环糊精表面修饰的SiO 2
超分子化学 综述
摘要：超分子化学是化学领域一个崭新的学科分支，本文综述了分子识别和自组装的有关内容以及和超分子化学的分类，并指出了超分子化学对科学理论研究的重要意义和广阔的应用前景。 关键字：超分子化学分子识别自组装
定义 超分子化学（supramolecular chemistry）是化学与生物学、物理学、材料科学、信息科学和环境科学等多门学科交叉构成的边缘科学，亦称主- 客体化学(host-guest chemistry)。 简介 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、碳60等）的发展密研究息息相关。到目前为止，尽管超分子化学还没有一个完整、精确的定义和范畴，但它的诞生和成长却是生机勃勃、充满活力的。 超分子稳定形成的因素 超分子稳定形成的因素，可从能量降低因素、熵增加因素及锁和钥匙原理来分析，通过这些分析,可加深对超分子和超分子化学的理解和认识,这比将超分子中分子间的结合力简单归结为非共价键更为具体、明确 分子识别和自组装 在超分子化学研究中,两个最重要的科学问题是分子识别和分子自组装、分子间多种弱相互作用的加合效应和协同作用。分子识别是由于不同分子间的一种特殊的、专一的相互作用，它既满足相互结合的分子间的空间要求，也满足分子间各种次级键力的匹配，体现出锁和钥匙原理。在超分子中，一种接受体分子的特殊部位具有某些基团，正适合与另一种底物分子的基团相结合。当接受体分子和底物分子相遇时，相互选择对方，一起形成次级键；或者接受体分子按底物分子的大小尺寸，通过次级键构筑起适合底物分子居留的孔穴的结构。所以分子识别的本质就是使接受体和底物分子间有着形成次级键的最佳条件，互相选择对方结合在一起，使体系趋于稳定。自组装是自然界生物系统的一类基本属性,如DNA和RNA 的双螺旋结构、多肽和蛋白质的二级及高级结构、生物膜的形成与稳定、酶的高级结构与功能发挥等,都是多种不同弱相互作用加合协同的结果。超分子自组装是指在平衡条件下相同或不同分子间通过非共价键弱相互作用自发构成具有特种性能的长程有序的超分子聚集体的过程[5] 。超分子自组装是指一种或多种分子依靠分子间的相互作用自发地结合起来，形成分立的或伸展的超分子。由分子组成的晶体，也可看作识分子通过分子间作用力组装成的一种超分子。分子识别和超分子自组装的结构化学内涵体现在电子因素和几何因素两个方面，前者使分子间的各种作用力得到充分发挥，后者适应于分子的几何形状和大小，能互相匹配，使在自组装时不发生大的阻碍。分子识别和超分子自组装是超分子化学的核心内容