超分子化学 综述
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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。
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。
超分子化学论文(设计)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日超分子化学论文(设计)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)超分子化学简介及应用摘要:超分子化学是化学领域一个崭新的学科分支,本文综述了超分子理论基础分的有关内容、超分子化学的分类及超分子的应用前景,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:超分子化学分类应用领域Abstract: Supramolecular chemistry is a new field of chemistry discipli ne bran ch, the paper summarizes the releva nt contents of supramolecular theoretical basispo in ts, over the prospect of molecular classificati on and applicati on ofsupramolecular chemistry, supramolecular chemistry and poin ted out theimporta nee of a scie ntific theory sig ni fica nee and broad applicati on prospects.Keywords: supramolecular chemistry classification applications第一早•前言“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。
超分子物质的综述与前景展望超分子物质是一种新型的材料,拥有许多独特的性质和应用。
这种材料是由分子间的非共价相互作用所构成的结构。
相比于传统材料,超分子物质更加灵活多变,在许多领域都有着广泛的应用前景。
本文将对超分子物质与其应用进行综述,并对未来的发展做出展望。
一、超分子物质的概念和分类超分子物质是由形态、性质、功能各异的原子、离子或分子构成的非共价化合物,由分子间的相互作用形成的结构;其分子基元之间的相互作用包括电荷间作用、范德华作用、氢键作用、静电作用、配位作用等。
常见的超分子物质包括聚集态(Aggregate)、非共价网络(Non-covalent network)和超分子聚合物(Supramolecular polymer),其中聚集态是由分子间的范德华吸引力所形成的,非共价网络是由氢键等强的非共价相互作用所形成的,而超分子聚合物则是由诸如氢键、π-π堆积等弱的非共价相互作用所形成的。
二、超分子物质的应用领域1、医疗领域超分子材料无毒性、生物可降解性,并且具有丰富的结构特性,因此常被用于制备药物载体和生物医学材料,如聚合物、蛋白质、药物等。
此外,超分子材料还可以用于制备仿生材料,如组织工程、人工骨头等。
目前,研究人员已经成功地利用超分子材料制备了多种仿生组织,包括人工心瓣膜、人工角膜、人工血管等。
2、环境领域由于超分子物质具有极高的选择性和识别性,可以用于环境监测、污染治理、固废处理等领域。
例如,超分子材料可以作为吸附材料用于重金属离子和有机物的吸附,还可以用于制备新型的纳米复合吸附材料。
3、能源领域超分子材料在能源领域应用也十分广泛。
例如,制备新型光电材料用于太阳能电池、制备高效催化剂用于氢能等新能源技术的发展。
4、光电领域超分子材料具有极高的光学性能和电学性能,可以用于制备新型有机电子材料。
此外,超分子材料还可以用于制备新型的光学传感器、LED等光电器件。
三、超分子物质的未来发展目前,超分子物质的研究已经成为材料化学领域的热点之一。
卟啉及金属卟啉化合物的研究进展简介卟啉(Porphyrins)是卟吩(Porphine)外环带有取代基的同系物和衍生总称。
卟啉及金属卟啉化合物广泛存在于动植物中,具有特殊生理活性如血红素、叶绿素、维生素B12、细胞色素P-450等。
由于其分子刚柔性、电子缓冲性、光电磁性和高度的化学稳定性,早在20世纪3人从事卟啉化学的研究,它们现已广泛用作光导体、半导体、超导体催化剂、抗癌药物、显色剂等[1,2]。
近年来,这一有重大科学意义和广泛应用前景的研究领域愈来愈引起无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、材料化学、医学及生物学家的兴趣,有关的交叉学科分支正在形成[3]。
本文对卟啉及金属卟啉化合物的结构、合成应用等方面作一介绍。
1 结构与性质111 结构卟吩环是含四个吡咯环的十六元大环,四个吡咯环之间的碳(5, 10, 15,20) (在Fisher编号法中称为A、B、C、D位置)被称作中位(mess碳,其余8个可被取代的碳称作外环碳。
在A、B、C、D位置上分别接列卟啉, R1~R4可以相同,也可以不同。
卟吩环上R1、R2、R3、R4取代基形成一系没有取代基时近似于平面结构[4],但易受四个位置取代基的影响而变形,如四苯基卟啉(Te-traphenylporphyrins,简称TPP),取代基苯基和分子平面形成一定角度。
若卟啉分子中心四个氮原子质子化,由于质子的空间位阻和静电斥力使吡咯环与分子平面产生偏离,如质子化的四苯基卟啉(H4TPP2+),吡咯环与分子平面偏离33b[5]。
所以金属离子与卟啉发生反应时,有的金属离子可以完全进入卟啉分子平面内,如CuTPP和PdTPP[4]。
而有的金属离子则不能进入卟啉分子中,如在H2OMgTPP配合物中, Mg2+高出分子平面约01027 nm。
112 性质卟啉及金属卟啉都是高熔点、深色的固体,多数不溶于水,但能溶于矿酸而无树酯化作用,溶液有萤光。
不溶于碱,对热非常稳定。
化学超分子知识点总结超分子化学是近年来发展迅速的一门新兴学科,它是化学的一支分支学科,在化学领域中扮演着越来越重要的角色。
超分子化学涉及的范围非常广泛,包括分子识别、自组装、功能性材料等多个方面。
在超分子化学中,化学家们研究的不再是单个分子的性质与反应,而是由多个分子间的非共价相互作用来组成的具有特定功能的超分子结构。
这些分子间的相互作用包括氢键、范德华力、π-π堆积等,并且这些非共价相互作用对于超分子结构的形成起着决定性的作用。
分子识别是超分子化学的一个重要概念,它指的是分子间的特异性相互作用,使得分子能够选择性地识别和结合其他分子。
分子识别的研究不仅对于生物学领域有着重要的意义,而且在材料科学、药物设计等领域也有着广泛的应用。
例如,生物体内的酶与底物之间的特异性相互作用,以及抗体与抗原之间的特异性结合,都是分子识别的典型例子。
超分子化学家们希望通过对分子间相互作用的深入研究,设计和制备出具有特定功能的分子识别体系,并且将其应用到具体领域中。
自组装是超分子化学中的另一个核心概念,它指的是分子在特定条件下由于其自身的特性而能够自行形成有序的结构。
自组装通常发生在溶液中或者固体表面上,由于分子间的非共价相互作用,分子能够自主地形成稳定的超分子结构。
自组装的特点在于其高度有序性和选择性,使得其在纳米材料的制备和功能性材料的设计中有着广泛的应用。
例如,超分子化学家们可以通过自组装的方法制备出纳米材料、生物传感器、光学材料等,从而拓展了现有材料的种类和功能。
功能性材料是超分子化学领域的又一重要研究方向,它指的是那些由超分子结构组成的具有特定功能的材料。
超分子结构的形成和性质决定了功能性材料的特性,因此超分子化学家们通过设计和合成特定结构的超分子体系,可以制备出具有特定功能的材料。
例如,超分子化学家们可以利用分子间相互作用来构筑具有特定光学、电学、磁学等性质的材料,这些具有特定功能的材料在电子器件、传感器、催化剂等领域都有着广泛的应用。
―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。
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发展简史1987年诺贝尔化学奖授予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。
超分子化合物的分类3.1杂多酸类超分子化合物杂多酸是一类金属一氧簇合物,一般呈笼型结构,是一类优良的受体分子,它可以与无机分子、离子等底物结合形成超分子化合物。
作为一类新型电、磁、非线性光学材料极具开发价值,有关新型Keg-gin和Dawson型结构的多酸超分子化合物的合成及功能开发日益受到研究者的关注。
合成了Dawson型磷钼杂多酸对苯二酚超分子膜及吡啶Dawson型磷钼多酸超分子膜修饰电极,发现该膜电极对抗坏血酸的催化峰电流与其浓度在0.35~0.50mol/L范围内呈良好的线性关系。
合成了多酸超分子化合物,首次发现了杂多酸超分子化合物溶于适当有机溶剂中可表现出近晶相液晶行为。
3.2 多胺类超分子化合物由于二氧四胺体系可有效地稳定如Cu(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)等过渡金属离子的高价氧化态,若二氧四胺与荧光基团相连,则光敏物质荧光的猝灭或增强就与相连的二氧四胺配合物与光敏物质间是否发生电子转移密切相关,即通过金属离子可以调节荧光的猝灭或开启,起到光开关的作用。
大环冠醚由于其自组装性能及分子识别能力而引起人们广泛的重视。
近来,冠醚又成为在超分子体系中用于建构主体分子的一种重要的建造单元。
]利用了冠醚分子的分子识别能力及蒽醌分子的光敏性,设计合成了一种新的氮杂冠醚取代蒽醌分子,并以该分子作为主体分子,以稀土离子作为客体构成超分子体系,并研究了超分子体系内的能量转移过程。
3.3 卟啉类超分子化合物卟啉及其金属配合物、类似物的超分子功能已应用于生物相关物质分析,展示了更加诱人的前景,并将推动超分子络合物在分析化学中应用的深入开展。
3.4 树状超分子化合物树状大分子(dendrimer)是20世纪80年代中期出现的一类新的合成高分子。
首次合成以阴离子卟啉作为树状分子的核,树状阳离子为外层,基于卟啉阴离子与树状阳离子之间静电作用力来组装树状超分子复合物。
镧系金属离子(Ln3+)如Tb3+和Eu3+的发光具有长寿命(微秒级)、窄波长、对环境超灵敏性等特点,是一种优良的发光材料,但镧系金属离子在水溶液中只有很弱的发光。
3.5 液晶类超分子化合物侧链液晶聚合物具有小分子液晶和高分子材料的双重特性,晏华在《超分子液晶》中详细讨论了超分子和液晶的内在联系,探讨了超分子液晶分子工程和超分子液晶热力学。
从分子设计的角度出发,合成了以对硝基偶氮苯为介晶基团的丙烯酸类液晶聚合物,液晶基元上作为电子受体的硝基和作为电子给体的烷氧基可与苯环、N-N之间形成一个离域的π电子体系。
初步的研究表明:电晕极化制备的该类聚合物的取向膜具有二阶非线性光学性质。
3.6 酞菁类超分子化合物合成了带负电荷取代基的中位四(4′-磺酸基苯基)卟啉及锌络合物和带正电荷取代基2,9,16,23 四[(4′-N,N,N三甲基)苯氧基]酞菁季铵碘盐及锌络合物,并用Job氏光度滴定的方法确定了它们的组成,为面对面的杂二聚体或三明治式的杂三聚体超分子排列。
发现在超分子体系中卟啉与酞菁能互相猝灭各自的荧光,用纳秒级的激光闪光光解技术观察到卟啉的正离子在600~650 nm 和酞菁负离子自由基在550~600 nm的瞬态吸收光谱。
结果表明在超分子体系中存在分子间的光诱导电子转移过程前景现代化学与18、19世纪的经典化学相比较,其显著特点是从宏观进入微观,从静态研究进入动态研究,从个别、细致研究发展到相互渗透、相互联系的研究,从分子内的原子排列发展到分子间的相互作用。
从某种意义上讲,超分子化学淡化了有机化学、无机化学、生物化学和材料化学之间的界限,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)有机地融合为一个整体,从而为分子器件、材料科学和生命科学的发展开辟了一条崭新的道路,且为21世纪化学发展提供了一个重要方向。
超分子化学并非高不可攀,有许多超分子结构似乎都可见我们的日常生活。
例如,可以把轮烷(rotaxane)比为东方的算盘;索烃(catenane)舞池中的一对舞伴;C60类似于圆拱建筑;环糊精(cyclodextrins)和激光唱盘(CD)有同样的简称和信息存放功能;DNA双螺旋则与家喻户晓的早餐佐食麻花多少有点相似。
以非共价键弱相互作用力键合起来的复杂有序且有特定功能的分子结合体——“超分子”是共价键分子化学的一次升华,被称为“超越分子概念的化学”,它不仅在材料科学、信息科学,而且在生命科学中均具有重要的理论意义和广阔的应用前景。
为了鼓励和推进超分子化学的深入研究,1987年诺贝尔化学奖授予了超分子化学研究方面的三位科学家:美国的佩德森(Pedersen C J)、克拉姆(Cram D J)和法国的莱恩(Lehn J M)。
莱恩在获奖演说中曾为超分子化学作了如下解释:超分子化学是研究两种以上的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的科学。
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成像药物等医药领域具有很大的发展潜力。
可以预料,在不远的将来,超分子化学药物的研究与开发必将越来越活跃,可能逐渐发展成为一个独立的超分子药物化学学科研究领域。
目前超分子化学药物研究虽然取得了许多重要进展,超分子化学药物的主体分子涉及环糊精、卟啉、高分子及其他多类结构化合物,客体分子本身为药物和非药物分子等,但主要工作集中在环糊精类、卟啉类及金属络合物类等超分子化学药物领域。
应该说超分子化学药物的研究还处于起步阶段。
随着超分子化学进一步发展和超分子药物研究的深入,超分子化学药物的研究与开发必将进一步延伸。
药物共晶是一种新兴的药物晶型。
一个给定的活性药物分子通过形成共晶,一方面可以大大丰富其结晶形式,另一方面可以改善其物化性质及临床疗效。
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。
超分子化学的药物共晶研究在国际上已经取得了一些进展。
基于超分子化学原理的药物共晶研究可以从分子水平上控制药物分子的结晶过程,调控药物分子在晶体中的排列方式,从而达到改善药物性质的目的。
在药物研发领域中,共晶筛选已成为继多晶型筛选和盐类筛选之后的又一项常规前期研究开发程序。
目前药物共晶放大生产的相关研究也已展开,其产品的上市指日可待。
然而迄今为止,对药物共晶的研究还处于起步阶段,大部分研究工作主要是进行药物共晶的设计、筛选及结构解析,对于药物共晶性质的系统研究及药物共晶结构与性能之间的相关性研究尚很少涉及。