超分子化学简介

超分子化学及其应用超分子化学是一种研究超分子结构、超分子组装和超分子功能的学科。

它的研究对象是一些含有多种不同化学基团的复合体系，具有三维空间结构和生物分子类似的功能和特性。

目前，超分子化学已经成为化学领域的重要分支之一，其发展与人类生活的方方面面息息相关。

超分子化学的基本概念超分子化学起源于20世纪60年代，最早由法国化学家勒兰创立。

他发现，通过分子内作用力，在不改变分子化学结构的前提下，可以形成一些具有新奇物理、化学性质的分子复合体系。

这就是超分子化学的基本概念，即通过相互作用的分子或离子等基团在空间上结合形成具有特定功能和性质的大分子结构。

超分子化学的研究领域超分子化学的研究领域很广泛，包括了分子识别、分子组装、功能材料、催化反应等。

其中，超分子识别是其核心研究方向之一。

超分子识别是指相互作用基团通过非共价键的形成，在空间上特异性地识别某一物种的过程。

例如，著名的双胺帽基与双腺嘌呤复合物就是一种典型的超分子识别体系，可以选择性地识别出双腺苷一类的化学物质。

超分子化学的应用超分子化学的应用主要体现在以下几个方面：1. 分子修饰与化学传感器超分子化学通过不同基团之间的相互作用，可以实现分子修饰和化学传感效应。

例如，金属离子和荧光分子的相互作用机制可以实现对溶液中金属离子的定量检测。

2. 超分子药物超分子化学可以构建具有特定药效的分子复合体系，形成新型的治疗手段。

例如，通过药物分子与载体分子之间的相互识别作用，可以实现药物的定向输送和释放。

3. 人工光合成人工光合成是一种新型的能源利用方式，超分子化学可以构建含有多种分子基元的高分子复合体系，实现光的捕获和转换。

4. 分子电子学分子电子学是利用分子电性质来构建电子学器件的重要研究领域之一，超分子化学的研究可以为构建分子电子学器件提供新思路。

总之，超分子化学的研究与应用在化学、材料、生命科学和能源等领域有广泛应用和推广，可以为人类社会的发展和进步提供有益的支撑。

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，C60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。

无机化学中的超分子化学超分子化学是无机化学中一个重要的分支领域。

它研究的是由分子之间通过非共价相互作用形成的超分子结构以及这些结构的性质和功能。

这种相互作用包括氢键、离子-离子相互作用、离子-双键相互作用等。

在无机化学领域，超分子化学发展迅速，涉及到的应用领域广泛，对材料科学、生物化学等领域都有着重要的贡献。

超分子化学在无机化学领域的研究主要包括两个方面：一是超分子结构的合成与设计，二是超分子结构的性质与功能。

超分子结构的合成与设计是超分子化学的基础研究，它主要关注通过合成方法和策略来构建具有特定功能和性质的超分子结构。

研究者通过精确控制分子之间的空间排列和相互作用，实现了多种多样的超分子结构的合成，包括大环化合物、金属配合物、杂化材料等。

这些合成的超分子结构不仅具有丰富多样的形态和结构，还表现出了一系列独特的性质和功能。

超分子结构的性质与功能则关注超分子结构在化学、生物和材料科学中的应用。

超分子结构的性质主要包括稳定性、热力学性质和动力学性质等。

稳定性是超分子结构能够保持其形态和结构的能力，对于超分子化学的研究非常重要。

热力学性质研究超分子结构的各种物理化学性质，比如溶解度、融点等。

动力学性质则研究超分子结构形成和解离的速度以及相应的反应机理。

这些性质的研究不仅有助于深入理解超分子结构的本质，还为超分子材料的设计和合成提供了重要的理论指导。

超分子化学的应用非常广泛，涵盖了无机化学领域的多个方向。

在催化领域，超分子催化剂通过分子识别和选择性识别作用，在反应中起到模板催化、协同催化和长程催化等作用，展现出了良好的催化活性和选择性。

在药物领域，超分子化学为药物的载体设计提供了新的思路，可以通过调控超分子结构的稳定性、溶解度和释放速率等性能，实现药物的缓控释放和靶向治疗。

此外，超分子化学还在光电转换、传感器、分离与富集等领域得到广泛应用。

总之，超分子化学在无机化学领域中扮演着重要的角色。

通过研究超分子结构的合成与设计，以及性质与功能，我们可以更好地理解和掌握无机材料的结构和性质，为创造新的材料和开发新的应用提供了新的思路和方法。

什么是超分子化学
超分子化学是一门研究分子之间相互作用、组装和形成的复杂有序且具有特定功能的分子集合体的科学。

它超越了传统分子的概念，涵盖了多种化学物种通过分子间力相互作用缔结而成的具有特定结构和功能的超分子体系。

超分子化学被认为是21世纪化学发展的重要方向，与生命科学、材料科学等领域密切相关。

超分子化学的研究分为两个方向：超分子化学（主-客体化学）和超分子有序组装体化学。

其中，超分子化学主要研究两种或两种以上的分子通过分子间力相互作用结合而成的具有复杂结构和功能的超分子体系。

这种相互作用包括氢键、范德华力、疏水相互作用等。

超分子体系可以表现出独特的物理和化学性质，例如自组装、分子识别、催化等。

环糊精（cyclodextrins）和激光唱盘（CD）是超分子化学中的典型例子。

环糊精是一类具有环状结构的碳水化合物，能够与各种客体分子形成稳定的包合物，实现药物缓释、催化剂固定等功能。

激光唱盘（CD）则是利用分子间的相互作用来实现信息存储和读取的例子。

超分子化学在材料科学、生物学、环境科学等领域具有广泛的应用前景。

例如，在材料科学中，超分子体系可以用于制备具有特定性能的聚合物、液晶、纳米材料等。

在生物学中，超分子化学研究生物体内分子之间的相互作用，有助于揭示生命现象的本质。

在环境科学领域，超分子化学可以为污染治理提供新型方法和技术。

总之，超分子化学是一门跨学科的研究领域，旨在探索分子间的相互作用和组装规律，以实现具有特定结构和功能的超分子体系。

它不仅丰富了化学的基本理论，还为实际应用和创新提供了广阔的空间。

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。

超分子化学概念
超分子化学是一门研究分子之间的相互作用以及这些相互作用所形成的稳定结构和功能的学科。

在超分子化学中，重点研究分子间的非共价相互作用，如氢键、范德华力、离子作用等，并利用这些相互作用来设计、合成和调控具有特定功能的超分子体系。

超分子化学的重要概念包括分子识别、自组装和分子承载。

分子识别是指分子之间通过非共价相互作用，如氢键和范德华力，实现对特定配体结构的识别和选择性结合。

自组装是指在适当的条件下，分子通过非共价相互作用自发地组装成稳定的超分子结构，如聚集体和晶体。

分子承载是指一种分子能够通过与其他分子的相互作用形成一种容器结构，使其他分子能够进入其中并被固定或释放出来。

超分子化学的研究内容涉及多个领域，如有机化学、物理化学、生物化学等，其应用范围也非常广泛。

超分子化学的研究成果已经在材料科学、药物设计、化学传感器、催化剂设计等领域产生了重要的应用价值。

―超分子‖(supramolecular)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. 超分子化学的发展特别要提到三个人，Pederson C，Cram D J和Lehn J M，他们分享了1987 年诺贝尔化学奖。

1967 年Pederson 等第一次发现了冠醚。

他原先想合成的是一个非环聚醚(多元醚)，但在纯化过程中分离出极少量产率仅0.4%的丝状有纤维结构并不溶于羟基溶剂的白色晶体。

受好奇心驱使，他进行了深入研究，发现它是一种大环聚醚，即命名为冠醚，它是由于非环聚醚前体与碱金属离子配位结合，阳离子使配体预组织后更有利于环化而形成的。

这可以说是第一个在人工合成中的自组装作用。

Pederson 诺贝尔演说的题目就是―冠醚的发现‖，他提到要是当年忽略了这种并非期待的杂质，他可能就与冠醚失之交臂。

Cram 诺贝尔演说的题目是―分子主客体以及它们的配合物的设计‖。

他受到酶和核酸的晶体结构以及免疫系统专一性的启发，从1950 年代起就想设计和合成较简单的有机化合物，来模仿自然界存在的一些化合物的功能，他认识到高度结构化的配合物是中心，Pederson 的工作一发表，他就意识到这是一个入口，由此开展了系列的主客体化学的研究。

主客体也就是生物学中常采用的受体与基质，它们间的作用是典型的自组装作用。

超分子化学略讲超分子化学是一门研究超分子结构和性质的化学学科，它涉及到超分子有机、无机化学以及材料科学等领域。

超分子化学以生物大分子为启示，研究各种分子间相互作用所形成的自组装结构。

在这些结构中，分子间相互作用起着至关重要的作用，如弱相互作用力的范德华力、氢键和离子对等。

这些相互作用力形成了分子间的力场，使分子间在空间上得以组合成自我组装的结构，并呈现出新的物理、化学性质。

这种结构被称作“超分子结构”。

超分子化学的研究方向非常广泛，包括了自我组装、分子识别、分子模拟、分子机器、分子承载体等多个方面。

其中，分子识别是超分子化学的重要分支。

分子间相互作用（如氢键、共价键等），使得分子能够相互识别并耦合形成一个较大的超分子结构，在这个过程中发挥着至关重要的作用。

自我组装是超分子化学的另一个重要分支。

自我组装是指一组相互作用的分子，在外部条件的作用下自动形成高度结构化和化学功能化合物的过程。

这种自我组装可以在大气压和温度下通过液相、固相或气相方式进行，因而具有潜在的实用价值。

自我组装体系的形成依赖于多种因素，包括分子间相互作用、溶剂效应、温度、压力等。

分子机器是超分子化学的又一个重要分支。

分子机器是指一种能够将分子间的势能转化为机械运动的分子系统，由分子间相互作用构成。

它们通常是由分子构建而成的，但比分子更大，比组织更小。

分子机器还可以通过光、电、磁场等外部信号的作用实现控制。

因此，分子机器具有高效、经济和环保等优点，将在许多领域中得到广泛应用。

分子承载体也是超分子化学的一个重要研究方向。

特定的分子结构可以提供一种容纳其他分子的空间，从而形成承载体。

分子承载体可以把药物、光源、光敏物等包装在里面，以实现高效率的传递、释放和反应。

这些承载体可以在各种方面应用，如药物运输、光敏材料、发光等领域。

总之，超分子化学是一门具有广泛实用价值的学科，涉及到许多方面，如自我组装、分子识别、分子机器、分子承载体等等。

通过研究超分子结构和性质，我们可以提高新材料的合成效率，设计新型分子机器，并开发出更有效、更环保的药物等。