第六章網(wǎng)絡(luò)版

1、第六章第六章 超分子化學(xué)超分子化學(xué)Supramolecular Chemistry三位超分子化學(xué)研究方面的科學(xué)家三位超分子化學(xué)研究方面的科學(xué)家獲得獲得1987年的年的Nobel化學(xué)獎(jiǎng)化學(xué)獎(jiǎng) 美國的美國的C. J. Pederson、D. J. Cram教授教授 法國的法國的J. M. Lehn教授。教授。SUPRAMOLECULAR CHEMISTRY SCOPE AND PERSPECTIVESMOLECULES - SUPERMOLECULES -MOLECULAR DEVICESNobel lecture, December 8, 1987byJEAN-MARIE LEHN參考書目參考書

2、目1. 納米超分子化學(xué)：從合成受體到功能組裝體納米超分子化學(xué)：從合成受體到功能組裝體 劉育劉育等等編著編著, 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社, 北京，北京，2004（化學(xué)資料室化學(xué)資料室）2. 超分子層狀結(jié)構(gòu)：組裝與功能超分子層狀結(jié)構(gòu)：組裝與功能 沈家驄等著，科學(xué)出版社，北京，沈家驄等著，科學(xué)出版社，北京，20043. 超分子化學(xué)研究中的物理方法超分子化學(xué)研究中的物理方法 童林薈童林薈, 申寶劍著，科學(xué)出版社申寶劍著，科學(xué)出版社 ，北京，北京，20044. 生物超分子體系生物超分子體系 李惟等編著，化學(xué)工業(yè)出版社現(xiàn)代生物技術(shù)與李惟等編著，化學(xué)工業(yè)出版社現(xiàn)代生物技術(shù)與醫(yī)藥科技出版中心醫(yī)藥科技出版中

3、心 ，北京，北京，2003參考書目參考書目5. 超分子化學(xué)：概念與展望超分子化學(xué)：概念與展望 (法法)Jean-Marie Lehn著，北京大學(xué)化學(xué)科學(xué)譯著，北京大學(xué)化學(xué)科學(xué)譯叢，北京大學(xué)出版社，北京，叢，北京大學(xué)出版社，北京，2002 （化學(xué)資料室化學(xué)資料室）6. 超分子化學(xué)：合成受體的分子識(shí)別與組裝超分子化學(xué)：合成受體的分子識(shí)別與組裝 劉育劉育, 尤長城尤長城, 張衡益編著，南開大學(xué)出版社張衡益編著，南開大學(xué)出版社 ，天津，天津，2001（化學(xué)資料室化學(xué)資料室） 7. 超分子液晶超分子液晶 晏華編著，科學(xué)出版社晏華編著，科學(xué)出版社 ，北京，北京，2000參考書目參考書目8. 超分子化學(xué)導(dǎo)論

4、超分子化學(xué)導(dǎo)論 孫小強(qiáng)，孟啟，閻海波編，中國石化出版社孫小強(qiáng)，孟啟，閻海波編，中國石化出版社 ，北京，北京，19979. Interfacial supramolecular assemblies Johannes G. Vos, Robert J. Forster, Tia E. Keyes，John Wiley & Sons, c2003. （化學(xué)資料室化學(xué)資料室）10. Optical sensors and switches edited by V. Ramamurthy, Kirk S. Schanze， Chichester ; New York : Marcel Dekk

5、er, c2001， （化學(xué)資料室化學(xué)資料室）參考書目參考書目11. Chemistry of nanomolecular systems : towards the realization of molecular devices T. Nakamura . et al. (eds.), Berlin ; New York : Springer, c2003. （化學(xué)資料室化學(xué)資料室）12. Supramolecular chemistry Jonathan W. Steed, Jerry L. Atwood，Chichester ; New York : Wiley, c2000， （化學(xué)

6、資料室化學(xué)資料室）參考書目參考書目13. Self-assembly in supramolecular systems Leonard F. Lindoy, Ian M. Atkinson，London : Royal Society of Chemistry, 200014. Transition metals in supramolecular chemistry edited by Jean-Pierre Sauvage，Chichester ; New York : Wiley, 1999 （化學(xué)資料室化學(xué)資料室）建議參考刊物建議參考刊物 J. Supramol. Chem.（200

7、1-2002）Supramol. Chem.（2002-）Supramol. Sci.（1994-1998）Inorg. Chem.Dalton Trans.PolyhedronInorg. Chim. ActaJ. Coord. Chem. 分子材料、信息儲(chǔ)存、擁有及轉(zhuǎn)換、擬酶分子材料、信息儲(chǔ)存、擁有及轉(zhuǎn)換、擬酶催化作用及反應(yīng)性、分子囊包及穩(wěn)定化等催化作用及反應(yīng)性、分子囊包及穩(wěn)定化等的基礎(chǔ)的基礎(chǔ) 有機(jī)化學(xué)、無機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)和分析化有機(jī)化學(xué)、無機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)和分析化學(xué)等各個(gè)化學(xué)分支的重新結(jié)合得以實(shí)現(xiàn)的學(xué)等各個(gè)化學(xué)分支的重新結(jié)合得以實(shí)現(xiàn)的載體（載體（） 超分子化學(xué)已成為當(dāng)前公認(rèn)的化學(xué)理論與超

8、分子化學(xué)已成為當(dāng)前公認(rèn)的化學(xué)理論與應(yīng)用技術(shù)的前沿課題。應(yīng)用技術(shù)的前沿課題。超分子化學(xué)的定義和范疇超分子化學(xué)的定義和范疇 Lehn教授在獲獎(jiǎng)演說中對(duì)超分子化學(xué)的定義：教授在獲獎(jiǎng)演說中對(duì)超分子化學(xué)的定義：“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”。 超分子化學(xué)是研究兩種以上的化學(xué)物種通過

9、分子間力超分子化學(xué)是研究兩種以上的化學(xué)物種通過分子間力相互作用締結(jié)成為具有特定結(jié)構(gòu)和功能的超分子體系的科相互作用締結(jié)成為具有特定結(jié)構(gòu)和功能的超分子體系的科學(xué)。學(xué)。 簡言之：超分子化學(xué)是研究多個(gè)分子通過簡言之：超分子化學(xué)是研究多個(gè)分子通過非共價(jià)鍵作用非共價(jià)鍵作用而形成的功能體系的科學(xué)。而形成的功能體系的科學(xué)。超分子與普通分子的區(qū)別超分子與普通分子的區(qū)別 不在于物種的大小，而在于是否能夠把這個(gè)不在于物種的大小，而在于是否能夠把這個(gè)物種分裂為至少在原則上能獨(dú)立存在的分子。物種分裂為至少在原則上能獨(dú)立存在的分子。 以類似于原子結(jié)合形成分子的方式結(jié)合成超分子以類似于原子結(jié)合形成分子的方式結(jié)合成超分子 超

10、分子化學(xué)是分子水平以上的化學(xué)超分子化學(xué)是分子水平以上的化學(xué) （the chemistry beyond the molecule） 主客體化學(xué)又稱主賓化學(xué)主客體化學(xué)又稱主賓化學(xué) （Host-Guest Chemistry） 1967年，年，D. J. Pederson發(fā)現(xiàn)冠醚具有與發(fā)現(xiàn)冠醚具有與金屬離子及烷基伯銨陽離子配位的特性，金屬離子及烷基伯銨陽離子配位的特性，開辟了有機(jī)化學(xué)研究的新領(lǐng)域。開辟了有機(jī)化學(xué)研究的新領(lǐng)域。 D. J. Cram把冠醚（把冠醚（Crowm Ether）稱為）稱為，把與它形成配合物的金屬離子或其，把與它形成配合物的金屬離子或其他陽離子稱為他陽離子稱為，由此產(chǎn)生了主客

11、體化，由此產(chǎn)生了主客體化學(xué)這一名稱。學(xué)這一名稱。 自然界存在著許多結(jié)構(gòu)復(fù)雜，性能各異的大自然界存在著許多結(jié)構(gòu)復(fù)雜，性能各異的大環(huán)配位化合物環(huán)配位化合物例如：維生素例如：維生素B12葉綠素葉綠素血紅蛋白血紅蛋白其中稱為其中稱為（Ionophores）的天然大環(huán)配）的天然大環(huán)配合物與超分子化學(xué)的發(fā)展有著相當(dāng)密切的關(guān)系。合物與超分子化學(xué)的發(fā)展有著相當(dāng)密切的關(guān)系。天然大環(huán)配體天然大環(huán)配體纈氨霉素纈氨霉素-鉀配合物的晶體結(jié)構(gòu)鉀配合物的晶體結(jié)構(gòu)環(huán)糊精是淀粉在淀粉酶作用下環(huán)糊精是淀粉在淀粉酶作用下生成的環(huán)狀低聚糖的總稱生成的環(huán)狀低聚糖的總稱a-a-b-b-g-g-環(huán)糊精最重要的特點(diǎn)：能與多種化合物形成包合物

12、環(huán)糊精最重要的特點(diǎn)：能與多種化合物形成包合物環(huán)糊精空腔與客體分子體積之間的關(guān)系環(huán)糊精空腔與客體分子體積之間的關(guān)系環(huán)糊環(huán)糊精精葡萄糖葡萄糖單元單元數(shù)數(shù)空腔內(nèi)部空腔內(nèi)部直徑直徑/nm 匹配的客體分子匹配的客體分子a a-60.5苯，苯胺苯，苯胺b b-70.65萘，萘，1-苯胺苯胺-3,8-磺酸萘磺酸萘g g-80.85蒽，冠醚，蒽，冠醚，1-苯胺苯胺-3,8-磺酸萘磺酸萘二十世紀(jì)六十年代，美國杜邦公司二十世紀(jì)六十年代，美國杜邦公司的化學(xué)家的化學(xué)家C. J. Pederson 第一個(gè)第一個(gè)人類合成出冠醚化合物人類合成出冠醚化合物 二苯并二苯并18-冠冠-6 他取名：王冠他取名：王冠OOOOOOIU

13、PAC： 含含-O(CH2CH2O)n-結(jié)構(gòu)的環(huán)狀聚醚化合物結(jié)構(gòu)的環(huán)狀聚醚化合物簡稱為（王）冠醚化合物（簡稱為（王）冠醚化合物（Crown ether） 杯芳烴：苯酚衍生物與甲醛反應(yīng)得到的一類環(huán)狀杯芳烴：苯酚衍生物與甲醛反應(yīng)得到的一類環(huán)狀縮合物。縮合物。 分子形狀與希臘圣杯（分子形狀與希臘圣杯（Calixcrater）相似）相似 由多個(gè)苯環(huán)構(gòu)成的芳香族分子由多個(gè)苯環(huán)構(gòu)成的芳香族分子(Arene) 杯芳烴杯芳烴 通常在酚羥基的對(duì)位還帶有取代基通常在酚羥基的對(duì)位還帶有取代基從超分子化學(xué)的角度探討：從超分子化學(xué)的角度探討： 溶液或液膜中溶液或液膜中兩親分子兩親分子自身的組裝和結(jié)構(gòu)自身的組裝和結(jié)構(gòu)超分

14、子聚集結(jié)構(gòu)超分子聚集結(jié)構(gòu)分子有序組合體分子有序組合體表面活性劑表面活性劑單分子層單分子層雙分子層雙分子層膠束膠束微泡體微泡體等等主要涉及：主要涉及：界面活性化合物界面活性化合物應(yīng)用：生物膜模擬、生產(chǎn)等應(yīng)用：生物膜模擬、生產(chǎn)等科學(xué)家提出：在有機(jī)分子的分子尺寸范圍實(shí)現(xiàn)對(duì)科學(xué)家提出：在有機(jī)分子的分子尺寸范圍實(shí)現(xiàn)對(duì)電子運(yùn)動(dòng)的控制，從而使分子聚集體構(gòu)成有特殊電子運(yùn)動(dòng)的控制，從而使分子聚集體構(gòu)成有特殊功能的器件。功能的器件。分子器件的分子器件的主要研究內(nèi)容主要研究內(nèi)容： 分子導(dǎo)線、分子開關(guān)、分子整流器、分子導(dǎo)線、分子開關(guān)、分子整流器、 分子儲(chǔ)存器、分子計(jì)算機(jī)等分子儲(chǔ)存器、分子計(jì)算機(jī)等多年前提出的許多拓?fù)浣Y(jié)

15、構(gòu)：多年前提出的許多拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)： 輪烷（輪烷（Roxtaxane） 索烴（索烴（Catenane） 繩結(jié)（繩結(jié)（Knot） 雙螺旋（雙螺旋（Helix） 奧林匹克環(huán)（奧林匹克環(huán)（Olympic Ring） 等新穎的超分子結(jié)構(gòu)等新穎的超分子結(jié)構(gòu)已利用已利用模板反應(yīng)模板反應(yīng)有效地合成出來有效地合成出來 索烴是一種具有連環(huán)套拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的超分子化索烴是一種具有連環(huán)套拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的超分子化合物，通常環(huán)與環(huán)之間沒有共價(jià)鍵聯(lián)系。合物，通常環(huán)與環(huán)之間沒有共價(jià)鍵聯(lián)系。繩結(jié)是一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)繩結(jié)是一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)法國法國Sauvage小組：利用雙銅離子的三維模板效小組：利用雙銅離子的三維模板效應(yīng)，歷時(shí)十余年，終于在九十年代初首次

16、合成出應(yīng)，歷時(shí)十余年，終于在九十年代初首次合成出了繩結(jié)分子。了繩結(jié)分子。Sauvage教授由此而榮獲大環(huán)化學(xué)教授由此而榮獲大環(huán)化學(xué)學(xué)術(shù)界的第一個(gè)學(xué)術(shù)界的第一個(gè)Christensen獎(jiǎng)。獎(jiǎng)。螺螺旋旋分分子子的的自自組組裝裝NNNNNNNNNNNNNNONNONNNNNNNNONNONNNNONNNNONNNNNNNNNNNNNNNNNNNN螺旋狀分子螺旋狀分子準(zhǔn)輪烷準(zhǔn)輪烷（Pseudorotaxane）：）： 由鏈狀分子通過某種分子間識(shí)別或自組裝穿由鏈狀分子通過某種分子間識(shí)別或自組裝穿越另一個(gè)環(huán)狀分子所形成的一種超分子結(jié)構(gòu)。越另一個(gè)環(huán)狀分子所形成的一種超分子結(jié)構(gòu)。輪烷輪烷：在鏈狀分子穿越環(huán)狀分子

17、以后，再在鏈狀：在鏈狀分子穿越環(huán)狀分子以后，再在鏈狀分子的兩端用大基團(tuán)封住，使環(huán)狀分子不能脫落。分子的兩端用大基團(tuán)封住，使環(huán)狀分子不能脫落。準(zhǔn)輪烷和輪烷準(zhǔn)輪烷和輪烷準(zhǔn)輪烷聚合物準(zhǔn)輪烷聚合物N+N+N+N+OOOOOOHO OOOCNHOCH2NHCOO OOO OO OOO OOOOOHn4PF6-( )3( )3準(zhǔn)輪烷和輪烷準(zhǔn)輪烷和輪烷Cyclotriveratrylenes CTV； veratryl：3，4-二甲氧苯甲基）二甲氧苯甲基）1. XYOCH32. XYOCH2O3. XOCH3，YOCD34. XH，YDCyclotriveratrylenesXYXXYY環(huán)三黎蘆烴環(huán)三黎蘆烴CraptophaneRRRRRRRRRRRRsynanti穴芳烷穴芳烷OOOOONHCNO2NO2NNOOOOOHNO2NOOOOONNMeMeOH OOOONNO2NNO2( )nn=14MeOOOOMeMe