超分子组装说课讲解.ppt

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1、超分子组装汇总Supermolecule10-7mAtom10-10mNucleus10-14mProton10-15mNeutronQuark<10-18mElectronMolecule10-9mCell10-5morgans10-2mUniverseGalaxySolarsystemEarthHuman1.物质世界的层次特征1987年诺贝尔化学奖授予C.Pedersen发现冠醚化合物J-M.Lehn发现穴醚化合物并提出超分子概念D.Cram主客体化学先驱者此后二十年,超分子化学获得很大发展超分子的提出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

2、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Chemistrybeyondmolecules2.1超分子的定义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2.2超分子的特征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

3、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。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、介晶相等组成确定，具有点阵结构－晶体研究这种

4、超分子：晶体工程2.3超分子的分类G=H-TS能量因素熵因素2.4超分子的稳定性能量因素：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（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-Y（c）M-L配位键金属原子和配位体间形成的共价配键为主（e）····堆叠作用面对面边对面（f）诱导偶极子－诱导偶极子的作用即色散力：范德华力(d)疏水效应：溶液中疏水基团或油滴互相

5、聚集，增加水分子间氢键的数量。（a）螯合效应：由螯合配位体形成的配合物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。（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。（c)更加有序化超分子的稳定性－熵效应2.5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.典型的超分子体系BiomembraneLiposomesMicelles

6、MonolayersMultilayersLiquidcrystalsSurfacefunctionalizationHost/guestsystems2DProteincrystallizationEnzymefunction+ELifescienceMolecularrecognitionMolecularself-organizationFunctionviaorganizationOrderandmobilityMaterialsscience自组装单分子膜层层组装（Layer-by-layer）薄膜LangmuirandLangmuir-Blodgett（LB膜

7、）3.1几种典型的超分子体系3.1.1基于化学吸附的自组装单层膜含有表面活性剂的溶液固体基板将基板提出晾干浸泡：紧密堆积的有序SAM（自组装单层膜）界面功能基团烷基链分子间作用基底表面活性基团表面化学吸附SynthesisAssemblySolution=Au基片共价自组装共价自组装自组装过程利用Au-S键Si-O自组装多层膜3.2交替沉积技术（Layer-by-Layer)聚电解质1聚电解质2水水原理：利用两种聚电解质间的静电作用，交替浸泡，组装出两种聚电解质的混合膜Langmuir1999,15,1360-1363基于氢键