超分子

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超分子 定义

       

多个分子通过氢键范德华力、电荷的库仑作用、л-л共轭和亲之作用等非化学建立的弱作用力而自动结合成有序有组织的聚合系统的过程称为自组装,由此形成的物质微粒即为超分子。例如,C60进入环糊精(r-CD)的空腔形成的包合物、细胞膜、DNA以及纳米材料、微乳液等。超分子与化学、物理学、生命科学、信息科学、材料科学、能源和环境科学都有紧密的联系,是化学与其它科学的融合点。

超分子 结构特征

       

①组成超分子的单体具有结构和能量的高度匹配性②组成超分子时,单体具有自识别、自组装和自复制的能力③形成超分子的过程是上边小于零的不可逆过程。超分子是一种平衡态,是需要消耗物质和能量的耗散结构。

 自组装与分子识别是超分子的基本特征,也是超分子化学研究的重要内容。自组装上文已经提到,就是在一定条件下,自发的产生一个结构相对稳定,具有一定功能并具有一定独立性的超分子体系的过程,比如形成螺旋体,有序几何固体,液晶高分子的过程等等。研究组装过程及组装体,并通过分子组装形成超分子功能体系是超分子化学的重要目标。

超分子纳米团簇的超分子自组装

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。这种结合不是靠传统的共价建力,而是靠称为非共价键里的分子间作用力,如范德华力、疏水作用和氢键等。这实际上是一种锁钥原理。多数情况下,受体与底物间形成数量较多的分子间相互作用,几种分子间力的加和与协同并且具有一定的方向性和选择性,其总的结合力不亚于化学键的强度。正是这种分子间弱相互作用的协同性、方向性决定着超分子的选择性识别。

超分子 应用

       

由于具有以上特征,超分子在催化、传输、自组织合成等方面开拓了一个广阔的应用领域。超分子更具魅力的地方在于它的信息识别,与生物学结合它将使我们更深入的研究生物体;与物理学结合将制备更多有特殊功能的智能化材料。比如,Jullien和Lehn等将多萘甲酸发色团引入β-CD(环糊精)的CG得到修饰β-CD(3-185),包结部花菁激光染料DCM-OH称为光合成天线的优良模型。光能从萘甲酰基天线发色团向被包结DCM-OH的传递效率为100%。可以说,超分子应用的前景将是非常广阔的

超分子 参考文献

       

张季爽 申成主编 湖南大学化工学院组编  基础结构化学(第二版) 科学出版社
刘育 尤长城 张衡益著 超分子化学---合成受体的分子识别与组装  南开大学出版社
周公度  超分子结构化学  大学化学 

L.Jullien J.Canceill  B.Valeur  E.Bardez  J.P Lefever J.M Lehn
V.Marchi Artzner  R.Pansu  J.Am.Chem.Soc. 1996,118,5432

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