超分子化学及分子识别和分子自组装-课件(PPT演示)

甾体络合物—大尺寸的环状物能与甾体即胆酸形成复合物, 稳定胆固醇, 与
ateriaclerosis相反.极性基团的溶剂完整化版和课去件p溶pt 剂化作用, 石胆酸, 胆酸
18
杯芳烃完整版课件ppt
19
C-甲 基杯 间苯 二酚 芳烃
完整版课件ppt
20
杯芳烃的历史---1902年Bakeland :酚+甲醛=酚醛树酯----1942:Alois Zink:系统的研 究了4-特-丁醇+甲醛..四聚体,寡聚物?1955年j. Cornforth 肯定了四聚体的存 在..1972 年 C.D.Gutsche: Potenti完oa整l版酶课件模p拟pt ,疏水的空穴….今天 杯3芳烃 2杯1 16 芳烃
11
在酶中的疏水袋,完疏整版水课的件p氨pt 基酸
12
疏水环状物主体—二苯基甲烷单元完打整开版课孔件穴ppt, 烷基链的长度决定了孔穴的1大3 小—与芳香碳氢化合物在PH=1时形成的复合物
环状物 烷基链的长度决定了空穴的大小, (CH2)2:不能包括芳香环; (CH2)3: 对苯的 衍生物能包容; (CH2)4笨及萘的衍生物, 空穴的尺寸还被邻位取代基所影响, 在水中 超过一定的临界积聚浓度时积聚成溶胶状积聚体, 氨盐单元, 提供水溶性, 是位于空 穴的外部.-非极性键的一端—二苯甲完烷整单版元课件打p开pt 空穴, 预先排好键的位置, 在无客14体 存在的情况下,空穴内充满力偶啊无次序的水分子.
对中性分子的成键和识别 --范德华力相互作用—π电子堆积完整作版用课—件p供pt 电子体和受电子体的相互作用7—包 容作用(立体适合)—氢键作用
氢键作用---熵的贡献—围绕着非极性表面的水分子为了形成更多的氢键比处于

实验操作
实验现象
结论与解释
95% 乙醇
铜氨配合物
析出深蓝 色的晶体
溶剂极性：乙醇 < 水 [Cu(NH3)4]SO4·H2O在乙醇中的 溶解度小
思考：如果加入乙醇后，晶体未能立刻析出，可以用玻璃棒摩擦试管壁，使
晶体迅速析出，你知道原理是什么吗？
通过摩擦，可在试管内壁产生微小的玻璃微晶来充当晶核，容易诱 导结晶，这与加入晶种来加速结晶的原理是一样的。
（1）分子识别 认识冠醚
②冠醚识别碱金属离子
C 原子：2×5 = 10 O 原子：5
C 原子：2×4 = 8 O 原子：4
101+5-5冠=-155 15-冠-5
思考：冠醚靠什么原子吸引阳离子？
12-冠8 +-44 = 12
O 原子吸引阳离子。
②冠醚识别碱金属离子的应用
思考：碱金属离子或大或小，猜想冠醚是如何识别它们的？
“杯酚”分离 C60 和 C70
冠醚识别碱 金属离子
自组装
课堂练习
1．下列过程与配合物的形成无关的是( ) A. 除去Fe粉中的SiO2可用强碱溶液 B．向一定量的AgNO3溶液中加入氨水至沉淀消失 C．向Fe3＋溶液中加入KSCN溶液 D．向一定量的CuSO4溶液中加入氨水至沉淀消失
课堂练习
2.向盛有硫酸铜溶液的试管里加入氨水，首先形成难溶物，继续添 加氨水，难溶物溶解得到深蓝色的透明溶液。下列对此现象的说法
FeCl + 3 KSCN Fe(SCN) + 3 KCl 在年轻人的颈项上，没有什么东西能比事业心这颗灿烂的宝珠。
丈夫四海志，万里犹比邻。
kf kf
鸟贵有翼，人贵有志。
3
kr kr

2
自组装过程
自组装过程经历核化、生长和成熟三个阶段，形成稳定的超分子结构。
3
自组装应用
自组装技术可用于制备纳米材料、药物传递系统等领域。
分子识别
分子识别原理
超分子化学通过非共价相互作 用使分子识别成为可能，如手 性识别和配体-受体识别。
分子识别应用
分子识别在药物设计和环境监 测等领域中具有重要的应用价 值。
分子印迹技术
分子印迹技术可用于选择性吸 附、分离和传感等方面。
超分子主机-客体化合物
主体与客体
超分子主体和客体通过非共价相互 作用形成稳定的化合物，如受体配体和包合物。
胶囊化合物
胶囊化合物具有空腔结构，可用于 分子识别和催化反应等方面。
纳米材料
通过自组装方式制备的超分子纳米 材料具有特殊的物理和化学性质。
《超分子化学第三章》 PPT课件
本课件将介绍超分子化学的核心概念和基本原理，以及其在化学领域中的应 用。精彩内容等待你的发现！
超分子概念概述
超分子化学研究分子之间的非共价相互作用及其所导致的物化性质和功能。 它包括超分子自组装、分子识别、超分子主机-客体化合物等。
超分子自组装
1
非共价相互作用
通过氢键、范德华力等非共价相互作用驱动分子自组装形成有序结构。
2
应用领域
超分子材料应用于传感器、储能、光电器件等领域，具有巨大的应用前景。
3
可控组装
通过可控组装实现超分子材料的设计和构筑，实现特定功能和性能。
总结和展望
超分子化学是一门富有创新和发展潜力的交叉学科，将为材料科学、生物医 药等领域带来新的突破。
超分子催化
1 催化原理
超分子催化通过提供合适的环境和选择性，加速化学反应的进行。

带有疏水基团的环糊精的自组装

超分子自组装的分类
4.配位键的识别和组装
配位键，又称配位共价键，是一种特殊的共价键。当共价键中共用的电子 对是由其中一原子独自供应时，就称配位键。 通过Zn（NO3)2 · 6H2O与KSCN和N,N′-双-3-吡啶甲酰哌嗪（bpfp)在甲醇和水 的混合溶剂中自组装，制备出了配合聚合物 ｛〔 Zn（bpfp)(NCS)2(H2O)2〕· 2H2O｝n通过对其晶体结构的研究发现，每个锌原 子均处于一个稍微扭曲的八面体配位环境中，锌离子与锌离子之间通过桥联配 体bpfp哌嗪连接成无限延伸的一维长链，在同一链上相邻的2个锌离子之间的 距离为1.2920nm.另外，在固态结构中，链与链之间相互平行并且还存在着OH· · · O氢键和π-π相互作用。
NH4+和K+大小尺寸相 近，普通冠醚不能进 行选择区分，而三环 氮杂冠醚只倾向于和 NH4+结合，因为在空 穴中4个N原子的排布 位置，正好适合于和 NH4+形成4个氢键。 K+〔18〕C6的结构 三环氮杂冠醚和NH4+识别组装

超分子自组装的分类
2.氢键识别和自组装

组分对组装体的影响

组分对组装体的影响
Click to edit text styles
Edit your company slogan
而葫芦[6 ]脲与L 状的菲咯啉衍生物{2 ,10-二[ [ [ (4-吡啶甲基) 氨基]丁基] 氨甲基]-1 ,10-菲咯啉}形成如下图 所示的准轮烷. 加入Cu(NO3) 2 则形成四边 形的多轮烷组装体,但加入Ni (NO3 ) 2 则形成一维折线状的多轮烷组装体

温度对组装体的影响

24.62 34.57 30.35 25.33
12
冠醚对碱金属离子的识别
冠醚的空腔直径和碱金属离子的体积是否匹配有关
冠醚 12-c-4 15-c-5 18-c-6 21-c-7 24-c-8
内腔直径/pm 120~150 170~190 260~320 340~430 >400
阳离子 Li+
Na+ K+ Rb+ Cs+
28
通过氢键Dendrimer的自组装
29
通过静电作用Dendrimer的自组装
30
不规整、不完善分子的自组装
31
金属体系的自组装
1.金属离子和有机或无机物形成的超分子体系。 2.有机金属化合物自身形成的超分子体系。 3.有机金属化合物作为主体形成的超分子体系。 4.有机金属化合物作为客体形成的超分子体系。 5.含有金属的多组分自组装体系。
实际上超分子体系的研究已不限于化学的范畴, 而是与生物、物理、生命科学、材料、信息及 环境等学科交织在一起, 形成了“超分子科 学”。
8
分子识别（recognization)
识别：指给定受体与底物选择性结合并产生某些特定 功能的过程。（这种选择性是指分子间特殊、专一的 相互作用）
分子识别：发生在分子间的识别过程。 位点识别：发生在实体局部间的识别过程。
1
分子间作用力
组成超分子的分子间作用力：
氢键，范德华力，静电作用，配位键的作用，疏水亲脂 作用力，芳香堆积等. 正是通过以上分子间作用力的协同作用而形成了超分子
分子间作用力（非共价键力）属于弱相互作用，那怎么能 结合成这种稳定、有序的实体呢？
2
分子间作用力的协同作用

5.分子识别及自组装的应用—
手性识别和消旋体的手性分离
Crystal packing diagram of complex of Sphyenlalanine and S-mandelic acid viewed along
the b axis, dashed line shows H-bonding
分子间的三点作用类型包括氢键，偶极相互作用，位阻 排斥，疏水吸引等作用，这些作用都可以成为手性识别 的重要因素。在这个理论的指导下，已成功地合成了许
多拆分剂用于消旋体的手性拆分。
3．生物活性与手性识别
手性或不对称性物质是含有不对称碳原于的化合物，这类 化合物在化学及生命科学中普遍存在。自然界中，绝大多 数分子(如糖，氨基酸)和由它们组成的生物大分子(如蛋白 质、DNA等)在空间结构上都具有不对称性，使得生物体 能够高度地选择识别某一特定的手性分子，从而产生生物 作用。随着人们对手性物质的深入研究，发现有些物质的 D-异构体和L-异构体在生物体中的活性差异很大，而有的 所起的作用完全不同，甚至截然相反。 20世纪60年代， 欧洲和日本的孕妇因服用外消旋的镇静药“反应停” 而 引起千万个婴儿畸形，制造这一悲剧的正是“反应停”中 的L-型旋光体。这一悲剧提醒人们，对一种新药投入市场
图1
预组织原则是指受体与底物分子在识别之前将受体中 容纳底物的环境组织的愈好，其溶剂化能力愈低，则 它们的识别效果愈佳，形成的配合物愈稳定。图2表示 了这个过程。
图2
为了达到高度专一的识别效果，受体的设计也必须遵循互补 性和预组织原则。分子识别中，虽然刚性有序的受体可以达 到高度识别，但交换过程，调节，协同和改变构象要求一定 的柔性，以使受体对变化进行调整和响应。
表1 分子间作用力的分类

7、2、1 能量因素
➢非常规氢键
(i) X-H---π氢键:
炔基作为质子受体形成的Cl-H…π氢键
7、2、1 能量因素
(ii)X-H---M氢键: 具有充满电子d轨道得过渡金属作为 质子受体,与X-H基团形成3c-4e氢键体系。
7、2、1 能量因素
(iii)X-H---H-Y二氢键 二氢键X-H---H-Y也可以存在于分子间或分子内。
超分子化学概念得凝聚力与学科交叉得特性,吸引了不同化学领 域得研究者。
7、2 超分子稳定形成得因素
7、2 超分子稳定形成得因素
G = H - TS
能量因素 熵因素
7、2、1 能量因素
7、2、1 能量因素
能量因素:降低能量在于分子间键得形成。
1、 van der Waals作用能 就是远程相互作用能。Kesoon、Debye与London等人得研究 分别揭示了其中静电能、诱导能与色散能得性质。
7、1 超分子得概念
超分子化合物中得组分被命名为受体( ρ ) 与底物( σ ),底物通常指 被结合得较小部分。一个特定得底物与受体选择性结合后产生了超 分子( ρσ )。
如果受体除又结合位点外,还有反应功能,则它可能在被束缚得底物 上产生一化学变化而引起超分子试剂作用。亲油得膜溶性受体可 作为载体使被束缚得底物易位。
常规氢键得一般形式就是D-H---A
由常规氢键形成的分立形结构
由常规氢键形成的链状结构
7、2、1 能量因素 由常规氢键形成的层状结构
7、2、1 能量因素
由常规氢键形成的三维网状结构
水分子之间通过O-H---O氢键形成三维网状结构的冰
7、2、2 氢键
DNA 得 碱 基 T ( 胸 腺 嘧啶)与A(腺嘌呤)之间 有 一 个 N-H---O 与 一 个 N-H---N氢键