超分子自组装研究进展.ppt

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1、1超分子是指由两种或两种以上分子依靠分子间相互作用结合在一起组成的复杂的、有组织的实体，保持一定的完整性，使它具有明确的微观结构和宏观特性。基于共价键存在分子化学，基于分子有序体和分子间价键而存在超分子化学分子以上（层次）的化学Chemistrybeyondmolecules1.超分子的定义2分子化学超分子化学结构单元原子或原子团，合成子synthon）具有组装能力的分子，构筑子（tacton）结合力共价键非共价键结构的实现合成化学分子组装结构分子结构超分子结构性能物理和化学性能物质、能量和信息传输功能2.超分子的特征3汉语的构筑与超分子构筑汉语超分子构筑偏旁、部首原子、离子、原子团

2、汉字分子：具有组装功能的分子词组分子聚集体：微粒、超分子膜、螺旋体等句子分子聚集体高级结构：多种结构域与亚基结合的酶，聚集体板块结构功能化形成的分子器件文章化学机器：多酶组装体、超分子微型机器超分子的理解分子化学研究分子个体，超分子化学研究分子的集团，分子的社会，分子形成的“国家”。虽然，人们已经熟悉了分子的合成，但是对于分子集团的形成规律，组织结构，功能实现的机理等还不是非常明确。4受体和底物在分子识别原则基础上,分子间缔合成分立的低聚分子物种Host-guest数量多而不确定的组分缔合成超分子组装体(Molecularassemblies)组成和结合形式不断变动的薄膜、囊泡、胶束

3、、介晶相等组成确定，具有点阵结构－晶体研究这种超分子：晶体工程3.超分子的分类5能量因素：降低能量在于分子间键的形成。（a）静电作用盐键正负离子R-COO－····+H3N-R正负基团离子－偶极子作用偶极子－偶极子作用＋－＋－+－＋－＋超分子的稳定性－能量因素6（b）氢键常规氢键X-H····YX,Y=F,O,N,C,Cl非常规氢键X-H····X-H····MX-H····H-Y7（d）····堆叠作用面对面边对面（e）诱导偶极子－诱导偶极子的作用即色散力：范德华力（c）疏水效应：溶液中疏水基团或油滴互相聚集，增加水分子间氢键的数量。8（a）螯合效应：由螯合配位体形成的配合物

4、比相同配位数和相同配位原子的单啮配位体形成的配合物稳定的效应。Co(NH3)62+Co(en)32+logK5.113.8Ni(NH3)62+Ni(en)32+logK8.718.6超分子的稳定性－熵效应9（b）大环效应：和螯合效应有关，在能量因素和熵因素上增进体系稳定性。LogK11.2415.34-H/kJ·mol-144.461.9S/J·k-1·mol-166.585.810（c）疏水效应（空腔效应）疏水空腔相对有序水无序水115.超分子的重要性(1)物质结构中不可逾越的层次，承上启下超分子化学的研究是从分子走向生命，从分子实现器件，功能材料的必经之路。(2)创造新物

5、质的源泉自然界存在和人工合成的元素百余种→近3000万化合物→进一步组装，多少物质？25QuestionsbyScience.12典型的超分子体系BiomembraneLiposomesMicellesMonolayersMultilayersLiquidcrystalsSurfacefunctionalizationHost/guestsystems2DProteincrystallizationEnzymefunction+ELifescienceMolecularrecognitionMolecularself-organizationFunctionviaorganizati

6、onOrderandmobilityMaterialsscience13二、分子识别和自组装1.两个概念（a）分子识别：一个底物和一个接受体分子各自在其特殊部位具有某些结构，适合于彼此成键的最佳条件，互相选择对方结合在一起。（b）超分子自组装：分子之间依靠分子间相互作用，自发的结合起来，形成分立的或伸展的超分子。识别和自组装的根据是：电子因素：各种分子间作用力得到发挥几何因素：分子的几何形状和大小互相匹配14分子识别（客体和主体，给体和受体，锁和钥匙）局部的弱相互作用加和、协同，形成锁和钥匙间强的分子间作用力，生成稳定的、具有特定结构的超分子。分子识别是构筑有序超分子结构所必需的。1

7、5分子自组装分子自组装（self-assembly）是指基本结构单元自发形成有序结构。在自组装过程中，基本结构单元在基于非共价键的相互作用下自发的组织或聚集为一个稳定、具有一定规则几何外观的结构。在分子自组装的基础上，发展出了超分子科学。16超分子自组装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互相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。在超分子科学领域“组装”的重要性就如同分子化学中的“合成”一样。17+++分子化学超分子