超分子化学
一．概念
1894年，德国E. Fischer基于“分子间选择性作用”的思想提出了“锁－钥匙”模型，这一思想已形成了现代超分子科学理论的雏形。上世纪三十年代，胶体化学的一个鼎盛时期，德国K. L. Wolf等创造了“超分子”一词，用来描述分子缔合而形成的有序体系。1978年，法国J. M. Lehn(诺贝尔化学奖获得者)基于传统的植根于有机化学中的主客体系研究,提出了“超分子化学”的完整概念，他指出：“基于共价键存在着分子化学领域，基于分子组装体和分子间键而存在着超分子化学”。#
超分子至少有两个组分，Lehn借用生物学中已有的概念，分别称为底物和受体。他对受体的设计进行了综合，最重要的是提出在设计受体时考虑到其结构的刚性与柔性的结合。典型示范加上他所提出的分子识别(molecular recognition)概念（也是从生物学中“借”来的），从而给超分子的形成过程赋予智能化反应的特点。虽然, Lehn对自己所提出的分子识别、化学信息学和化学反应智能化等的理论工作并未进一步深化,但人们对分子识别概念的应用，特别是在分子器件和分子自组装作用的研究方面已取得了很大的成绩。分子识别是自然界生物进行信息存贮、复制和传递的基础，例如基因、酶和生物膜的功能都是基于分子识别的原理得以实现的。以分子识别为基础，研究构筑具有特定生物学功能的超分子体系，对揭示生命现象和过程具有重要意义，并可能给化学研究带来新的突破；同样以分子识别为基础，设计、合成、组装具有新颖的光、电、磁性能的纳米级分子和超分子器件，将为材料科学提供理论指导和新的应用体系。
超分子化学可以定义为“分子之上的化学”，分子化学主要研究原子之间通过共价键（或离子键）形成的分子实体的结构与功能，而超分子化学则研究两个或多个分子通过分子间作用力结合而成的化学实体的结构与功能。由于分子间作用力作为化学实体（指有较固定的结构和性质）内的主要键合力的研究尚待深入，但是其意义与作用已提升到20世纪初期的化学键理论同样的高度，并将进一步促进有关超分子化学理论工作的开展。
二.现状
目前，超分子化学已远远超越了原来有机化学主客体体系的范畴，形成了自己独特的概念和体系：如分子识别、分子自组装、超分子器件、超分子材料等，构成了化学大家族中一个颇具魅力的新学科；同时，超分子的思想使得人们重新审视许多传统的但仍具很大挑战的已有学科分支，如配位化学、液晶化学、包合物化学等，并给它们带来了新的研究空间。超分子化学的重要特征之一是它处于化学、生物和物理学的交界处，从不同角度揭示分子组装的推动力及调控规律。对超分子化学的研究主要集中于：1.基础理论研究:主要是超分子结构及其谱学的研究,包括分子间弱相互作用与分子识别，超分子静态与动态结构，理论计算模拟，超分子的组装方法及自组装过程，超分子体系的谱学研究等；2.与物理以及材料科学的交叉: 通过组装形成的超分子化合物材料具有结构多样性，在催化、分子识别、化学吸附、分子磁体、非线性光学、药物合成等领域有着广阔的应用潜力，因此它的研究成为当前超分子化学研究的热点之一。超分子化学在纳米材料制备、纳米团簇的超分子化学组装、层状三维结构与器件、插层材料及功能化、表面图案与功能化，光电信息材料及器件等领域已取得重大进展；3.与化学及生物学的交叉: 超分子化学为化学学科提供了新颖的轮廓和观点，其基础概念已经贯穿了主要的化学领域，与无机化学、大环化学、配位化学、金属有机化学的结合呈现出强大的生命力;在分子识别与人工酶、酶的功能、短肽及环核酸的组装体及其功能等领域有着广阔的应用前景。
超分子化学是基于分子间相互作用和分子聚集体的化学，在与材料科学、生命科学等其它学科的交叉融合中，超分子化学已发展成超分子科学，被认为是21世纪新概念和高技术的重要源头。
三．超分子化学研究中的热点和基本问题
中国科学院院士沈家骢对近几年超分子科学研究中的热点和基本问题作了如下总结：
超分子化学是基于分子间的非共价键相互作用而形成的分子聚集体的化学，它主要研究分子之间的非共价键的弱相互作用，如氢键、配位键、亲水/疏水相互作用及它们之间的协同作用而生成的分子聚集体的组装、结构与功能。两个世纪以来，化学界创造了2 000多万种分子，原则上都可在不同层次组装成海量的、取决于组装体结构具有特殊功能的超分子体系，由此可见，超分子化学开拓了创造新物质与新材料的崭新的无限的发展空间。
1.层状超分子组装体
生物膜是细胞的关键组分，又是高效、神奇的超分子体系。它的模拟物就是层状组装体(包括单层膜、多层膜、复合膜等)。层状结构容易表征，是研究分子间作用力及组装方法最好的模型，又是走向实用化的器件原型，所以层状组装超薄膜的构筑与功能化一直是超分子科学研究的热点。
2.多维结构与特殊功能
超分子化学是基于非共价键弱相互作用制备具有复杂和高级有序结构及特殊功能的超分子组装体材料的工具。以碳、硅、氧化物与有机分子、齐聚物、共聚物做构筑基元，通过组装可以构筑纳米点、线、管、带及其阵列以及中空胶囊、核壳微粒、螺旋体、多股螺旋体等，并赋予这些材料以特种功能，且不同的结构在特定条件下可以相互转化，其功能也随之变化。随着人们对分子识别过程中各种作用力本质的逐渐深入理解，人们已经从制备具有特定结构和功能的构筑基元出发来组装具有多维和高级有序结构的复杂超分子体系。以环糊精、大环化合物及其衍生物为构筑基元，可以组装出具有开关功能的套环状组装体。超分子基于分子间的弱相互作用，超分子化学可以构筑复杂和多维的超分子组装体材料，这些材料用传统的共价键有机合成法是很难制备的。由于超分子的自组装是自发进行，所以超分子组装体材料的制备在温和的条件下就可完成。
3.生物与仿生的微体系
生物体与生命过程是亿万年进化的产物，各种生物分子通过不同层次的组装，由微观到宏观，自发地形成了复杂但精确的组装体系，执行着与生命现象密切相关的功能。病毒是生命体最简单的形式之一，其颗粒虽然远小于细菌，结构也比细菌简单，但却对人类生命健康构成了极大威胁。近年来流行的重大传染病，如艾滋病、SARS、禽流感，都是由病毒引起的。人们对病毒的感染与复制等关键问题知之甚少，影响了人们有效地控制与制服病毒。从病毒的组装与解组装，病毒样颗粒的组装与解组装入手，研究组装过程中诱导因子的作用与机理，病毒样颗粒的结构与免疫机理的关系，设计和组装具有高效免疫功能的蛋白质复合体、聚合物-DNA复合体，研究细胞中生物超分子体系与病毒关键蛋白的作用机制，可为确定新抗病毒方案打下基础。
4.分子间相互作用力的本质及其协同效应
超分子组装体构筑的驱动力包括氢键、配位键、π-相互作用、电荷转移、分子识别、范德瓦尔斯力、亲水/疏水作用等。研究表明，超分子组装体形成的驱动力往往不是单一的，多数情况下是以某一种作用力为主，几种作用力协同作用的结果。正是由于驱动力具有多样性和协同性的特点，以及每一种作用力的强度都不是很大，才为人们提供了在时间和空间上对组装体结构进行调节、控制的可能性，才有了组装体丰富多样的结构和由结构决定的功能。研究分子间弱相互作用的本质，以及不同层次有序分子聚集体内和分子聚集体之间的弱相互作用是如何通过协同效应组装形成稳定的有序高级结构，是认识超分子组装体结构与功能之间的关系、制备超分子组装体功能材料的关键。
5.自组装的理论与技术
自组装是一个过程，它遵循能量最低原理，对开放的、远离平衡态的有高度活性的体系
可能服从耗散结构的准则。自组装过程的研究将是超分子科学的中心课题之一，深入了解这一过程，将对各种结构的组装有重要启迪作用。超分子体系的自组装有不同层次：如从蛋白质大分子组装成特定功能的多酶组装体可分为五个层次，即：氨基酸序列；α螺旋、β折叠蛋白结构域；蛋白质三维结构；亚基、亚基缔合体；酶和多酶组装体。超分子组装体的功能产生于组装之中。生物超分子体系是结构复杂的微纳体系，具有自组装、自完善、自修复的特点。这种组装在开放体系中进行，不仅有物料交换，还有信息交换、组装的程序、能量交换，是一种耗散体系。如何模拟生物超分子体系，构筑功能集成的超分子组装体，同时赋予超分子组装体生命物质的一些特征，如自修复功能、自完善和对外界刺激具有感知的功能等；如何实现无界面依托的三维组装；如何通过组装构筑三维的超分子器件和机器，弄清这些问题将有助于自组装理论与技术的突破。同时，在超分子组装体材料的制备中，应该对动态组装给予足够的重视。按照我们的理解，动态组装至少有两个层面上的含义，一方面，处于热力学稳定状态的超分子组装体在动力学上是不稳定的；另一方面，组装体动力学的不稳定性和组装过程的可逆性将赋予组装体纠错功能。未来超分子体系的特征应为信息性和程控性的统一、流动性和可逆性的统一、组合性和结构多样性的统一。
6.超分子组装体结构表征及方法学
近些年来，超分子科学的新突破在很大程度上依赖于新的表征手段和研究方法的建立。在纳米尺度上研究超分子组装体的结构与功能的关系，有助于建立超分子组装体结构与功能之间的桥梁。扫描探针技术、高分辨透射电镜和近场光学显微镜等一批纳米表征技术的出现，使人们能够很直观地研究超分子组装体的形貌及拓扑结构，这极大地推动了超分子科学的发展。选区电子衍射可以研究超分子组装体在几个纳米尺度上的晶体结构，高分辨电镜可以提供样品微区组分的分析，这些都可以很好地对超分子组装体的化学组成及结构进行表征。核磁共振技术可以提供超分子组装体在溶液中的结构及其结构变化的信息。如何建立方便的原位表征手段，直观地描述超分子组装体在溶液中的结构与超分子组装体从一种环境转移到另一种环境所引起的结构及其功能的变化，搞清这些将有助于认识超分子组装过程。由于超分子组装体是动态的，研究超分子组装体的动态过程对于认识其结构和性质至关重要。超快光谱技术在超分子结构的表征方面很重要，同时也要注意开发其它探针技术在超分子结构表征中的作用。
表征方法学的建立依赖于表征仪器，于是又对表征仪器提出新的要求，这必将推动新的表征仪器的出现。目前虽然有很多商品化的仪器，但这些商品化的仪器的出现总是滞后于研究的需要。因此，需要研究者有能力自己动手研制必要的表征仪器，建立新的表征手段。经过20多年的发展，超分子化学已经发展成为超分子科学，并成为创造新物质、实现新功能的一种有效的方法。超分子研究已经从基础研究稳步走向高技术的应用，它必将为人类经济的发展做出巨大的贡献。
分子光化学与光功能材料科学樊美公姚建年佟振合有机化学徐寿昌 有机合成中的命名反应的战略性应用 分子器件与分子机器---Vincenzo Balzani 传感器原理及应用-张洪润 自组装纳米结构-张金中 气湿敏器件及其应用-康昌鹤 传感器原理及应用-吴建平 传感器敏感功能材料及应用-倪星元 电子元器件及其材料概论-黄新友 聚合物结构分析-朱诚身 配位化学--原理与应用（章慧） 功能材料化学进展（朱道本） 电化学方法--原理与应用（阿伦.J.巴德） 高等配位化学（朱龙观） 材料分析测试技术周玉武高辉 无机光致发光材料及应用张中太 太阳能电池-原理到新概念陈红玉 大学基础化工实验魏文龙 材料科学概论许并社 化工原理课程设计 微生物学张文治
工业催化剂分析测试表征刘希尧 有机电致发光材料与器件导论黄春晖 实用催化高震中 材料腐蚀与防护概论 现代工程制图杨胜强 材料性能学王同增 功能材料概论殷锦华 复合材料概论王国荣 材料科学基础刘国勋量子力学教程周世勋燃料电池衣宝莲锂离子电池吴宇平无机合成与制备化学徐如人超微粉体制备与应用技术张立德无机化学 碳纳米管 晶体学外文版碳管制备结构物性及应用成会明催化与研究中的实验方法安德森工业精细有机合成钱旭红超分子层状结构组装与功能沈家聪无机材料科学基础路培文
化学化工与信息及网络资源的检索与利用黄荣民高聚物的结构与性能马德柱 仪器分析教程汪会群 聚合物试剂和催化性能杨辉荣 物质结构安到 电分析化学原理吴守国 高分子合成新技术王国建 炸药热分析楚世镜 纳米氧化钛光催化材料及应用高廉 导电活性聚合物华莱士 有机分子结构光谱鉴定孙祥翼 材料分析测试技术周瑜 硅酸盐工业热工基础孙锦淘 水泥厂工艺设计概论金蓉蓉 工程制图学及计算机王明珠 水泥工艺学沈薇 化学修饰电级
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
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)
高分子化学试题 一、名词解释 第一章绪论（Introduction） 高分子化合物（High Molecular Compound）：所谓高分子化合物，系指那些由众多原子或原子团主要以共价键结合而成的相对分子量在一万以上的化合物。 单体（Monomer）：合成聚合物所用的-低分子的原料。如聚氯乙烯的单体为氯乙烯 重复单元（Repeating Unit）：在聚合物的大分子链上重复出现的、组成相同的最小基本单元。 结构单元（Structural Unit）：单体在大分子链中形成的单元。 单体单元（Monomer Unit）：结构单元与原料相比，除了电子结构变化外，其原子种类和各种原子的个数完全相同，这种结构单元又称为单体单元。 聚合度（DP、X n）(Degree of Polymerization) ：衡量聚合物分子大小的指标。以重复单元数为基准，即聚合物大分子链上所含重复单元数目的平均值；以结构单元数为基准，即聚合物大分子链上所含结构单元数目的平均值。 聚合物分子量（Molecular Weight of Polymer）：重复单元的分子量与重复单元数的乘积；或结构单元数与结构单元分子量的乘积。 数均分子量(Number-average Molecular Weight)：聚合物中用不同分子量的分子数目平均的统计平均分子量。 重均分子量（Weight-average Molecular Weight）：聚合物中用不同分子量的分子重量平均的统计平均分子量。 粘均分子量（Viscosity-average Molecular Weight）：用粘度法测得的聚合物的分子量。 分子量分布（Molecular Weight Distribution, MWD ）：由于高聚物一般由不同分子量的同系物组成的混合物，因此它的分子量具有一定的分布，分子量分布一般有分布指数和分子量分布曲线两种表示方法。 多分散性（Polydispersity）：聚合物通常由一系列相对分子量不同的大分子同系物组成的混合物，用以表达聚合物的相对分子量大小并不相等的专业术语叫多分散性。 分布指数(Distribution Index) ：重均分子量与数均分子量的比值，用来表征分子量分布的宽度或多分散性。 连锁聚合（Chain Polymerization）：活性中心引发单体，迅速连锁增长的聚合。烯类单体的加聚反应大部分属于连锁聚合。连锁聚合需活性中心，根据活性中心的不同可分为自由基聚合、阳离子聚合和阴离子聚合。 逐步聚合（Step Polymerization）：无活性中心，单体官能团之间相互反应而逐步增长。绝大多数缩聚反应都属于逐步聚合。 加聚反应（Addition Polymerization）：即加成聚合反应，烯类单体经加成而聚合起来的反应。加聚反应无副产物。 缩聚反应（Condensation Polymerization）：即缩合聚合反应，单体经多次缩合而聚合成大分子的反应。该反应常伴随着小分子的生成。 塑料（Plastics）：具有塑性行为的材料，所谓塑性是指受外力作用时，发生形变，外力取消后，仍能保持受力时的状态。塑料的弹性模量介于橡胶和纤维之间，受力能发生一定形变。软塑料接近橡胶，硬塑料接近纤维。 橡胶（Rubber）：具有可逆形变的高弹性聚合物材料。在室温下富有弹性，在很小的外力作用下能产生较大形变，除去外力后能恢复原状。橡胶属于完全无定型聚合物，它的玻璃化转变温度（T g）低，分子量往往很大，大于几十万。 纤维（Fiber）聚合物经一定的机械加工（牵引、拉伸、定型等）后形成细而柔软的细丝，形成纤维。纤维具有弹性模量大，受力时形变小，强度高等特点，有很高的结晶能力，分子量小，一般为几万。
《超分子化学的应用及前景》 学号：1630140051学院：初等教育学院 姓名：付金环
到20世纪末21世纪初，30%～40%的化学家将要运用包括分子识别在内的超分子化学的某些知识去解决所面临的问题。--------题记上世纪八十年代末诺贝尔化学奖获得者J.M.Lehn创造性的提出了超分子化学的概念，它的提出使化学从分子层次拓展到超分子层次，这种分子间相互作用形成的超分子组装体，是人类认识上的飞跃，更是化学领域的一大成就。从此以后，人们的认知水平提升了，认识到了分子已不再是保持物性的最小单位，化学界的功能的最小单位新秀超分子逐步登上历史舞台，分子作为最小单位的时代已随滚滚东流一同逝去，不复回环。功能产生于超分子组装体之中，此种认识带来的飞跃是人类历史上的一大步。据悉，如今已有百分之四十的化学家要用超分子化学的知识来解决自己所面临的化学问题。超分子化学已经成为当今时代新思想新概念和高技术的主要源头。“问渠那得清如许，为有源头活水来”，没错，当代社会的飞速发展离不开科技，科技是第一生产力，从国家事业到百姓生活，都与化学世界息息相关。接下来，让我们一起来了解一下超分子化学在生活中的应用及其前景。 首先来说说医药方面，人食五谷谁能不得病，所以医药类是最与人们息息相关的。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。药品是关系到广大人民群众生命安危与健康的特殊商品，考虑到储存、服用与携带的方便及制造成本等诸多因素，大部分药物都设计成固体剂型，而在药物的各种固体形态中，晶型药物由于稳定性、重现性及操作性等方面的优势而被优先选用．晶型药物包括了药物的多晶型、水合物、溶剂化物和盐类。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。 不仅是医药方面，在其他方面超分子化学也是翘楚，由于能够模仿自然界已存在物质的许多特殊功能，形成器件，因此它的潜在应用价值已倍受人们青睐。超薄膜、纳米材料、高分子有机金属材料、非线性光学材料及高分子导电材料等已成为国内许多研究机构热点。此外，超分子化学在生物传感器、润滑材料、防腐蚀材料、膜材料、黏合剂及表面活性剂等方面也有很广泛的应用前景，目前，除了冠醚外，环糊精、环芳烃、索烃、旋环烃、级联大分子等作为新的超分子实体，也引起广泛关注。 于当下国际上超分子科学的研究开展得如火如荼之际，如发达国家和地区，如欧盟、美国和日本等都投入了大量的人力和物力进行超分子科学方面的研究与开发。在国家自然科学基金委、科技部、教育部、中国科学院等相关部门的大力支持下，我国的科学工作者较早地开展了超分-T-科学研究，并做出了一大批有特色的工作。在当下以经济和科技实际为基础的综合国力之间的较量的大环境下，我国必须重视科技，重视超分子化学的开发与运用，中国这只东方雄狮才能更好地屹立于世界之林。 接下来谈一谈超分子化学在油田开发中的应用。在油田化学中主要利用的是超分子的疏水作用、配位作用、氢键作用和静电作用。疏水缔合水溶性聚合物通过疏水缔合作用形成暂时的三维立体网络结构。疏水缔合聚合物溶液的表观粘度由本体粘度和结构粘度两部分组成,当聚合物浓度高于某一临界缔合浓度后,大分子链通过疏水缔合作用以及静电、氢链或范德华力作用聚焦,形成以分子间缔合为主的超分子结构——动态物理交联网络,流体力学体积增大,溶液结构粘度增加使其表观粘度大幅度升高。这种结构的形成受外界条件的影响，如温度、矿化度和剪切速率等。因优良的增粘、抗温、抗盐和剪切稀释性能而用于聚合物驱油剂的研究。除用做驱油剂之外,还可用于流体输送的减阻剂、钻井液与完井液添加剂、阻垢分
浅谈超分子化学的应用及前景展望 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。 1987年，莱恩(Lehn J. M.)、克拉姆(Cram D. J.)和彼得森(Perterson C. J.)三位化学家以其对发展和应用具有特殊结构的高分子的巨大贡献而获得诺贝尔化学奖。莱恩在获奖演讲中，首次提出了“超分子化学”的概念。同时克拉姆创立和提出了主—客体化学理论，彼得森则发展和合成出大批具有分子识别能力的冠醚。至此，以“超分子化学”为名称的新的化学学科蓬勃地发展起来，并以其新奇的特性吸引了全世界化学家的关注和热衷。近年来Supramolecular 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，已经得到世界各国化学家的普遍认同。 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。涉及的应用包括：在化学药物方面的研究与应用，在光化学上的应用，在压电化学传感器中的应用，识别作用（酶和受体选择性的根基）的应用，在有机半导体、导体和超导体以及富勒烯中的应用，作为分子器件方面的研究，在色谱和光谱上的应用，催化及模拟酶的分析应用，在分析化学上的应用等等。 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
超分子化学 一、超分子化学的概述 1973年，D.J.Cram报道了一系列具有光学活性的冠醚，可以识别伯胺盐形成的配合物；分子识别的出现为这一新的化学领域注入了强大的生命力，之后它进一步延伸到分子间相互识别和作用，并广泛扩展到其它领域，从此诞生了超分子化学。超分子化学的概念和术语是在1978年引入的，作为对前人工作的总结和发展。1987年，Nobel化学奖授予了C.J.Pederson、D.J.Cram和J.-M.Lehn，标志着超分子化学的发展进入了一个新的时代，超分子化学的重要意义也因此被人们更多的理解。[1] 超分子化学是关于若干化学物种通过分子间相互作用，包括氢键、主客体作用、疏水疏水作用、静电作用、堆积等作用结合在一起构筑的、具有高度复杂性和一定组织性的整体化学 超分子化学的定义可由下图所示 图一：从分子化学到超分子化学：分子、超分子、分子和超分子器件 由上图所示分子化学是基于原子间的共价键，而超分子化学则基于分子间的非共价键相互作用，即两个或两个以上的物质依靠分子间键缔合，所以超分子化学也可以被定义为分子之外的化学。
图二：分子与超分子 由弱相互作用加和形成强相互作用，由各向同性通过定向组合（选择性）形成各向异性，这是分子化学和超分子化学的分界线。 超分子化学不是靠传统的共价键力,而是靠非共价键的分子间作用力,如范德华力,即由分子内的永久偶极、瞬间偶极和诱导偶极在分子间产生的静电力、诱导力和色散力的相互作用,此外还包括氢键力、离子键力、阳离子一二和叮一二堆集力以及疏水亲脂作用力等。一般情况下,它是几种力的协同、加和,并且还具有一定的方向性和选择性,其总的结合力强度不亚于化学键。正是这些分子间弱相互作用的协调作用(协同性、方向性和选择性决定着分子与位点的识别。[2] 超分子化学并非高不可攀，有许多超分子结构都处于我们的日常生活中，如 的结构类似于圆弓西方把轮烯比为东方的算盘，索烃是舞池中的一对舞伴，C 60 建筑物，环糊精和当今的激光唱片一样有同样的功能--储存和释放信息，DNA双螺旋则与早餐的麻花形状相似。
我国光化学研究的进展及展望* 杨国强 （中国科学院化学研究所光化学重点实验室北京100190） 摘要本文对我国开展光化学研究的历程和目前光化学研究的现状进行了简单的介绍，并对今后几年光化学的发展进行了展望。 关键词光化学超分子光能转换纳米材料光催化 Photochemistry Research in China Yang Guoqiang （CAS Key Laboratory of photochemistry，Institute of Chemistry，Chinese Academy of Sciences，Beijing100190） Abstract The history and the progresses of photochemistry research in China has been briefly reviewed in this article．Further research aspects of photochemistry in the future are also prospected． Keywords Photochemistry，Supramolecule，Light conversion，Nano materials，Photocatalysis 光化学是研究处于电子激发态的原子和分子的结构及其物理和化学性质的科学。在现代分子光化学研究中对分子的电子激发态所建立的新概念、新理论和新方法，大大开拓展了人们对物质世界认识的深度和广度，对了解自然界的光合作用和生命过程、太阳能的利用、环境保护以及寻找新材料和开创新的反应途径提供了重要的基础。同时，光化学的研究又与许多重要的高新技术的发展有着密切的联系，例如，高效光电转换材料、太阳能电池、高密度大容量光信息记录、显示和存储材料、非线性光学材料、光刻及其高精度超微细加工技术等都与光化学的基础研究密切相关。21世纪光电子工业将成为国民经济中重要的支柱产业之一，因此现代分子和材料的光化学研究是一个既有着重要的理论意义又有着重大应用前景的学科。 国际上光化学的研究已经进入了一个新的发展阶段。随着实验技术的发展，各种新的研究手段和方法被引入到光化学研究中来。在研究的时间尺度上，研究手段由稳态向瞬态发展。各种时间分辨技术的出现和普及，包括时间分辨的吸收光谱和发射光谱（泵浦-探针技术、闪光光解、时间分辨发光衰减检测）、时间分辨NMR、EPR、IR和拉曼光谱等各种技术和实验方法的应用，使人们更深入地了解和认识光化学和光物理的机制成为可能。在研究的空间尺度上，研究工作由分子层次向分子以上层次发展，分子光化学与超分子光化学、纳米结构材料的光化学紧密地相联，形成了丰富多彩的研究体系，使得研究的范围得到了极大的扩展。同时，无机材料的光化学研究为光化学的发展开辟了新的研究领域。在此基础上，具有明确的应用前景的基础研究正在得到加强。光化学多年来在理论研究上获得的成果正加速向高技术转化，一些新的具有重要应用背景的概念和研究内容被不断地提出，并很快得到应用。与此同时，随着科学技术的发展，各种新的实验技术和方法正不断地应用于光化学研究工作中，使光化学的研究领域和范围得到扩展，为深入了解各种光物理过程和光化学反应的本质提供了新的方法和研究角度。 1我国的光化学研究发展和现状 1977年，原中国科学院感光化学研究所从事有机合成、高分子化学和感光材料剖析的科研人员，在文献调研和广泛考察的基础上，选定了当时国内基本上仍是空白领域的光化学作为研究方向，开始了我 *本文系作者应编辑部之邀，为“国际化学年在中国”专栏而作 2011-03-22收稿，2011-04-14接受
第17卷 第5期大学化学2002年10月今日化学 超分子结构化学 周公度 (北京大学化学学院 北京100871) 超分子(supramolecule)通常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,组装成复杂的、有组织的聚集体,并保持一定的完整性,使其具有明确的微观结构和宏观特性。由分子到超分子和分子间相互作用的关系,正如由原子到分子和共价键的关系一样。 1987年,诺贝尔化学奖授予C.Pedersen(佩德森)、J M.Lehn(莱恩)和D.Cram(克拉姆)等在超分子化学领域中的奠基工作:佩德森发现冠醚化合物,莱恩发现穴醚化合物并提出超分子概念,克拉姆是主客体化学的先驱者[1~3]。此后,作为化学的前沿领域,超分子化学引起了人们的广泛关注,近10多年来获得了很大的发展。研究超分子的形成、作用、结构和性能的超分子化学,已扩展到化学的各个分支,还扩展到生命科学和物理学等许多其他学科,并形成新的学科领域[4~11]。 超分子和超分子化学通常包括以下两个范围较广而部分交叠的领域。 (1)将超分子定义为由确定的少数组分(受体和底物)在分子识别原则基础上经过分子间缔合形成的分立的低聚分子物种。 (2)由大量不确定数目的组分按其性质自发缔合成超分子聚集体(supramolecular assem blies)。它又可分为两类: 薄膜、囊泡、胶束、介晶相等,它的组成和结合形式在不断变动,但具有或多或少确定的微小组织,按其性质,可以宏观表征的体系; 由分子组成的晶体,它组成确定,并且具有整齐排列的点阵结构,研究这种超分子的工作常称为晶体工程。 下面首先根据结构化学的原理和观点,探讨促使超分子体系稳定形成的因素;其次讨论各种分子间的相互作用,使分子相互识别和自组装;然后再讨论晶体工程的特点;最后讨论超分子结构化学原理的应用。在讨论中辅以实例,使内容丰富生动。 1 超分子稳定形成的因素 超分子体系和其他化学体系一样,由分子形成稳定超分子的因素,在不做有用功(如光、电 )时,可从热力学自由焓的降低( G<0)来理解: G= H-T S 式中 H是焓变,代表降低体系的能量因素; S是体系熵增的因素。 1.1 能量降低因素 分子聚集在一起,依靠分子间的相互作用使体系的能量降低。下面列出常见的降低体系能量的因素。 1.1.1 静电作用 静电作用包括盐键,即带电基团间的作用,如R NH+3-OOC R;离子 偶极子作用,
第一章绪论 1.1 高分子的基本概念 高分子化学：研究高分子化合物合成与化学反应的一门科学。 单体：能通过相互反应生成高分子的化合物。 高分子或聚合物(聚合物、大分子)：由许多结构和组成相同的单元相互键连而成的相对分子质量在10000以上的化合物。相对分子质量低于1000的称为低分子。相对分子质量介于高分子和低分子之间的称为低聚物（又名齐聚物）。相对分子质量大于1 000 000的称为超高相对分子质量聚合物。 主链：构成高分子骨架结构，以化学键结合的原子集合。 侧链或侧基：连接在主链原子上的原子或原子集合，又称支链。支链可以较小，称为侧基；也可以较大，称为侧链。 端基：连接在主链末端原子上的原子或原子集合。 重复单元：大分子链上化学组成和结构均可重复出现的最小基本单元，可简称重复单元，又可称链节。 结构单元：单体分子通过聚合反应进入大分子链的基本单元。（构成高分子链并决定高分子性质的最小结构单位称为~）。 单体单元：聚合物中具有与单体的化学组成相同而键合的电子状态不同的单元称为~。 聚合反应：由低分子单体合成聚合物的反应。 连锁聚合：活性中心引发单体，迅速连锁增长的聚合。烯类单体的加聚反应大部分属于连锁聚合。连锁聚合需活性中心，根据活性中心的不同可分为自由基聚合、阳离子聚合和阴离子聚合。 逐步聚合：无活性中心，单体官能团之间相互反应而逐步增长。绝大多数缩聚反应都属于逐步聚合。 加聚反应：即加成聚合反应，烯类单体经加成而聚合起来的反应。加聚反应无副产物。 缩聚反应：缩合聚合反应，单体经多次缩合而聚合成大分子的反应。该反应常伴随着小分子的生成。 1.2 高分子化合物的分类 1) 按高分子主链结构分类：可分为：①碳链聚合物：大分子主链完全由碳原子组成的聚合物。②杂链聚合物：聚合物的大分子主链中除了碳原子外，还有氧、氮，硫等杂原子。③元素有机聚合物：聚合物的大分子主链中没有碳原子孙，主要由硅、硼、铝和氧、氮、硫、磷等原子组成。④无机高分子：主链与侧链均无碳原子的高分子。 2）按用途分可分为：塑料、橡胶、纤维三大类，如果再加上涂料、粘合剂和功能高分子则为六大类。塑料：具有塑性行为的材料，所谓塑性是指受外力作用时，发生形变，外力取消后，仍能保持受力时的状态。塑料的弹性模量介于橡胶和纤维之间，受力能发生一定形变。软塑料接近橡胶，硬塑料接近纤维。橡胶：具有可逆形变的高弹性聚合物材料。在室温下富有弹性，在很小的外力作用下能产生较大形变，除去外力后能恢复原状。橡胶属于完全无定型聚合物，它的玻璃化转变温度（T g）低，分子量往往很大，大于几十万。纤维：聚合物经一定的机械加工（牵引、拉伸、定型等）后形成细而柔软的细丝，形成纤维。纤维具有弹性模量大，受力时形变小，强度高等特点，有很高的结晶能力，分子量小，一般为几万。 3）按来源分可分为：天然高分子、合成高分子、半天然高分子（改性的天然高分子） 4）按分子的形状分：线形高分子、支化高分子、交联(或称网状)高分子 5）按单体分：均聚物、共聚物、高分子共混物(又称高分子合金) 6）按聚合反应类型分：缩聚物、加聚物 7）按热行为分：热塑性聚合物：聚合物大分子之间以物理力聚集而成，加热时可熔融，并能溶于适当溶剂中。热塑性聚合物受热时可塑化，冷却时则固化成型，并且可以如此反复进行。热固性聚合物：许多线性或支链形大分子由化学键连接而成的交联体形聚合物，许多大分子键合在一起，已无单个大分
订 线 说明：“阅卷总分”由阅卷人填写；“复核总分”由复核人填写，复核总分不得改动。 一、选择题（每小题只有一个选项是正确的，每小题2分，共10分） 1、1967年 报道了冠醚配位性能的发现，揭开了超分子化学发展的序幕。 A 、D. J. Cram B 、C. J. Pederson C 、J.-M. Lehn 2、 是一类对位烷基苯酚与甲醛缩合的寡聚大环化合物。 A 冠醚 B 环糊精 C 杯芳烃 3、非极性分子之间的吸引源自于分子中电子运动产生的瞬时偶极 之间的作用，London 将这种作用力称为 。 A 色散力 B 氢键 C 静电作用 D 诱导作用 4、 是 化合物。 A 冠醚 B 穴醚 C 开链冠醚 5、将顺式偶氮苯衍生物与聚乙烯醇酯化，然后在水面上形成单分子层。在恒定铺展压下，以365 nm 的光照射，顺式变为反式，膜面积膨胀3 倍，而用436 nm 的光照射，反式返回顺式，面积又复原。这种作用叫 。 A 分子识别 B 催化作用 C 传递作用 D 分子或超分子器件 二、填空（每空2分，共20分） 1 ）和（ ）。 2、( )也称作环聚葡萄糖.是由若干D －吡喃葡萄糖单元环状排列而成的一组低聚糖的总称。 3、根据模板分子同聚合物单体官能团之间作用形式不同.分子印迹技术主要分为（ ）和（ ）两类。 4、（ ）形成于不同的分子之间，它的形成有利于分子聚集和结合形成一定的超分子结构，分子内氢键则由同一个分子的不同部位之间相互作用而形成。 5、主体空穴的大小与可能的客体之间的关系是选择性分子识别的首要标准。主体与客体之间的关系逻辑上可分为三类。其一:空穴尺寸与客体大小（ ）;此时.客体能嵌入主体空穴二者近乎完全吻合.能获得相当好的识别效果。其二:主体空穴（ ）客体;其吻合程度不如主一客体大小相当的情况.但客体仍可有效地在主体分子平面之外与之相配位.如果空穴稍大一些.主体可同时在分子平面的上下方键合两个客体。其三:主体空穴（ ）客体;主体分子可键合一个以上的体积较小的客体，也可只键合一个体积较大的客体。 6（ ）是形成分子聚集体的有效手段。 三、判断题（每题2分，共20分） 1 2、在超分子层次，分子组装的重要性就如同分子化学中的合成。 3、分子识别是通过一个给定的受体分子结合和选择底物过程中的能量和信息来定义的，此过程中也可能包括一特殊的功能。 4、受体化学，即人工受体分子化学，代表的是一种广义的配位化学，不仅过渡金属，而且：阳离子、阴历子或中性有机物种，无机物或生物种类。 5、超分子化学是研究比高分子分子量更大的分子，是超出高分子化学的化学。 6、通过多个超分子的亚单元自组织或自主装能够得到稳定的、具有特异空间结构和功能的大分子聚集体，可以潜在地作为分子器件或超分子器件。 7、无机结构分子自组织和自组装包括由有机配体和金属离子自发形成的结构确定的金属-超分子结构。金属离子一方面像结合剂一样把陪体结合在一起；另一方面，又作为中心把配体定位在特定的方位上。 8、分子自组装的实现是依赖于分子间键。分子间键是分子间弱相互作用，它包括氢键、范德华力、亲脂-疏水作用等，物理本质是永久多极矩、瞬时多极矩、诱导多极矩三者之间的相互作用。超分子体系中的相互作用多呈现加和与协同性，并具有一定
第十二章无机化学研究前沿 【习题答案】 12.1 超分子化学的定义是什么？超分子化合物的成键有哪些特点？ 解：超分子化学的定义为“超越分子概念的化学”，即两个以上分子通过分子间力高层次组装的化学，是研究多个分子通过非共价键作用而形成的功能体系的科学，是分子识别和分子组装的化学。 超分子化合物的成键特点：多个分子通过非共价键作用形成超分子体系。 12.2 简述超分子化学的发展史及与其他学科发展的关系。 解：超分子的概念起源于20世纪60年代中期，用天然抗菌素和人工合成的大环聚醚类化合物对碱金属离子的分子识别的研究可以看作是超分子化学的里程碑。20世纪70年代，建立了超分子化学的基本概念和规则。近年来，超分子化学的理论和应用研究越来越受到科学家重视。 超分子化学是一门处于化学学科和物理学、生命学相互交叉的前沿学科。它的发展不仅与大环化学的发展密切相关，而且与分子自组装、分子器件和新颖有机材料的研究息息相关。从某种意义上讲，超分子化学淡化了有机化学、无机化学、生物化学和材料科学相互之间的界限，着重强调了具有特定结构和功能的超分子体系，将4大基础化学（有机、无极、分析和物化）有机地结合成一个整体。 12.3 何谓C60、富勒烯？其结构和成键有哪些特点？ 解：C60是由60个C原子围成的一个球体，由12个五边形和20个六边形围成1个32面体，该结构既像Buckminster Fuller设计的球面建筑，又酷似英式足球，故命名为Buckminster Fullerene，即富勒烯，又俗称巴基球或足球烯。后来将富勒烯作为C50、C60、C70、C240乃至C540等全碳分子团簇的总称。 C60球体相当于1个I h结构的20面体均衡地截去12个顶点所得的32面体结构，每个五边形均与6个六边形共边，而六边形则将12个五边形彼此隔开。C60属于I h点群，60个C原子位于32面体的顶点上，所有碳原子等价。每个碳原子以近似于sp2.28的方式杂化，并分别与周围3个碳原子形成3个σ键，剩余的轨道和电子共同组成离域π键。可简单地看作每个碳原子与周围3个碳原子形成2个单键和1个双键。 12.4 简述C60、富勒烯的发现与发展历史，有何应用前景？ 解：1985年，英国科学家H. W. Kroto和美国科学家R. E. Smalley等人用激光作石墨的气
第一章绪论 思考题 1. 举例说明单体、单体单元、结构单元、重复单元、链节等名词的含义，以及它们之间的相互关系和区别。 答：合成聚合物的原料称做单体，如加聚中的乙烯、氯乙烯、苯乙烯，缩聚中的己二胺和己二酸、乙二醇和对苯二甲酸等。 在聚合过程中，单体往往转变成结构单元的形式，进入大分子链，高分子由许多结构单元重复键接而成。在烯类加聚物中，单体单元、结构单元、重复单元相同，与单体的元素组成也相同，但电子结构却有变化。在缩聚物中，不采用单体单元术语，因为缩聚时部分原子缩合成低分子副产物析出，结构单元的元素组成不再与单体相同。如果用2种单体缩聚成缩聚物，则由2种结构单元构成重复单元。 聚合物是指由许多简单的结构单元通过共价键重复键接而成的分子量高达104-106的同系物的混合物。 聚合度是衡量聚合物分子大小的指标。以重复单元数为基准，即聚合物大分子链上所含重复单元数目的平均值，以DP表示；以结构单元数为基准，即聚合物大分子链上所含结构单元数目的平均值，以 X表 n 示。 2. 举例说明低聚物、齐聚物、聚合物、高聚物、高分子、大分子诸名词的的含义，以及它们之间的关系和区别。答：合成高分子多半是由许多结构单元重复键接而成的聚合物。聚合物（polymer）可以看
作是高分子（macromolecule）的同义词，也曾使用large or big molecule 的术语。从另一角度考虑，大分子可以看作1条大分子链，而聚合物则是许多大分子的聚集体。根据分子量或聚合度大小的不同，聚合物中又有低聚物和高聚物之分，但两者并无严格的界限，一般低聚物的分子量在几千以下，而高聚物的分子量总要在万以上。多数场合，聚合物就代表高聚物，不再标明“高”字。齐聚物指聚合度只有几~几十的聚合物，属于低聚物的范畴。低聚物的含义更广泛一些。 3. 写出聚氯乙烯、聚苯乙烯、涤纶、尼龙-66、聚丁二烯和天然橡胶的结构式（重复单元）。选择其常用 分子量，计算聚合度。 聚合物结构式（重复单元） 聚氯乙烯-[-CH2CHCl-]- n 聚苯乙烯-[-CH2CH(C6H5)-]n 涤纶-[-OCH2CH2O?OCC6H4CO-]n 尼龙66（聚酰胺-66）-[-NH(CH2)6NH?CO(CH2)4CO-]n 聚丁二烯-[-CH2CH=CHCH2 -]n 天然橡胶-[CH2CH=C(CH3)CH2-]n 聚合物分子量/ 万结构单元 分子量/万 DP=n 特征 塑料 聚氯乙烯5~15 62.5 800~2400 960~2900 足够的聚合度，才能 达到一定强度，弱极
卟啉对杂环化合物吡喃色烯分子识别的研究综述 一、化学科学的研究新领域——超分子化学基本概况 超分子化学(supramolecular chemistry)是基于分子间的非共价键相互作用而形成分子聚集体的化学，主要研究分子之间的非共价键的弱相互作用（如氢键、配位键、亲水/疏水相互作用）及它们之间的协同作用而生成的分子聚集体的组装、结构与功能。在与其它学科（材料科学、生命科学、信息科学、纳米科学与技术等）的交叉融合中，超分子化学已发展成了超分子科学，被认为是21世纪新概念和高技术的重要源头之一。 1.超分子体系的功能 冠醚、环糊精和杯芳烃等大环化合物都具有穴状结构，能通过非共价键与离子及中性分子形成超分子，在化学物质分离提纯、功能材料研制及超分子催化方面已表现出了广阔的应用前景，引起了越来越多化学家对它的重视和研究。超分子体系的主要功能是识别、催化和传输。 1.1分子识别功能 所谓分子识别是指主体(底物)对客体(受体)选择性结合并产生某种特定功能的过程，是组装及组装体功能的基础。分子识别意味着分子结构信息的分子存储和超分子检索，它是在超分子水平上进行信息处理的基础，利用存储于分子基元中的分子信息和分子识别所遵循的程序，按照分子识别活动的规则来操作，可控制分子集合体的生长，又称作程序化的超分子体系。J. M. Lehn在其诺贝尔奖获奖演讲中指出“分子识别、转换和传输是超分子物种的基本功能”。这一论述表明分子识别在超分子化学中的核心作用。分子识别是自然界生物进行信息存储、复制和传递的基础。
例如基因、酶和生物膜的功能都是基于分子识别的原理得以实现的。以分子识别为基础，研究构筑具有特定生物学功能的超分子体系，对揭示生命现象和过程具有重要意义，并可能给化学研究带来新的突破；同样以分子识别为基础，设计、合成、组装具有新颖光、电、磁性能的纳米级分子和超分子器件，将为材料科学提供理论指导和新的应用体系，为改善人类的生活质量做出重要贡献。分子识别既是分子器件信息处理的基础，又是组装高级结构的必要条件。分子识别具有高度的专一性，其关键是要研究清楚超分子体系中分子间弱相互作用是如何协同、加合，之后又是怎样产生方向性和选择性的，它包含2 方面内容：一是分子间有几何尺寸、形状上的相互识别；二是分子对i u机分子的结晶过程被认为是分子识别最为准确和典型的实例，有机分子晶体是上百万个分子通过极其准确的相互识别自我构造的组装体。分子识别包括所有阳离子、阴离子及中性有机、无机或生物分子的识别。一些具有特殊配位能力的大环配体、大多环穴状配体等对金属离子产生识别，如球形三环穴状配体(I)可与大的阳离子C+ 形成稳定的配合物而识别。由于(I)的4个氮原子恰好处在正四面体顶点，它可与正四面体结构的铵离子，通过氢键形成稳定的穴状配合物而产生识别。含氮穴状配体中的氮原子质子化后便可成为阴离子受体，如穴状配体(I)质子化后便可与氯离子通过静电力(离子对)形成稳定的穴状化合物，与溴离子等改变穴状配体内部空间的大小便可
超分子化学 一．概念 1894 年，德国 E. Fischer 基于“分子间选择性作用”的思想提出了“锁－钥匙”模型，这一思 想已形成了现代超分子科学理论的雏形。上世纪三十年代，胶体化学的一个鼎盛时期，德国 K. L. Wolf 等创造了“超分子”一词，用来描述分子缔合而形成的有序体系。1978 年，法国 J. M. Lehn( 诺贝尔化学奖获得者) 基于传统的植根于有机化学中的主客体系研究,提出了“超分子化学”的完整概念，他指出：“基于共价键存在着分子化学领域，基于分子组装体和分子间 键而存在着超分子化学”。# 超分子至少有两个组分，Lehn 借用生物学中已有的概念，分别称为底物和受体。他对受体 的设计进行了综合，最重要的是提出在设计受体时考虑到其结构的刚性与柔性的结合。典型示范加上他所提出的分子识别(molecular recognition) 概念（也是从生物学中“借”来的），从而给超分子的形成过程赋予智能化反应的特点。虽然 , Lehn 对自己所提出的分子识别、化学信息学和化学反应智能化等的理论工作并未进一步深化,但人们对分子识别概念的应用，特 别是在分子器件和分子自组装作用的研究方面已取得了很大的成绩。分子识别是自然界生物 进行信息存贮、复制和传递的基础，例如基因、酶和生物膜的功能都是基于分子识别的原理 得以实现的。以分子识别为基础，研究构筑具有特定生物学功能的超分子体系，对揭示生命现象和过程具有重要意义，并可能给化学研究带来新的突破；同样以分子识别为基础，设计、合成、组装具有新颖的光、电、磁性能的纳米级分子和超分子器件，将为材料科学提供理论 指导和新的应用体系。 超分子化学可以定义为“分子之上的化学”，分子化学主要研究原子之间通过共价键（或离子键）形成的分子实体的结构与功能，而超分子化学则研究两个或多个分子通过分子间作用力 结合而成的化学实体的结构与功能。由于分子间作用力作为化学实体（指有较固定的结构和 性质）内的主要键合力的研究尚待深入，但是其意义与作用已提升到20 世纪初期的化学键理论同样的高度，并将进一步促进有关超分子化学理论工作的开展。 二. 现状 目前，超分子化学已远远超越了原来有机化学主客体体系的范畴，形成了自己独特的概念和 体系：如分子识别、分子自组装、超分子器件、超分子材料等，构成了化学大家族中一个颇 具魅力的新学科；同时，超分子的思想使得人们重新审视许多传统的但仍具很大挑战的已有 学科分支，如配位化学、液晶化学、包合物化学等，并给它们带来了新的研究空间。超分子化学的重要特征之一是它处于化学、生物和物理学的交界处，从不同角度揭示分子组装 的推动力及调控规律。对超分子化学的研究主要集中于： 1.基础理论研究 : 主要是超分子结构及其谱学的研究 ,包括分子间弱相互作用与分子识别，超分子静态与动态结构，理论计算 模拟，超分子的组装方法及自组装过程，超分子体系的谱学研究等； 2.与物理以及材料科学的交叉 : 通过组装形成的超分子化合物材料具有结构多样性，在催化、分子识别、化学吸附、分子磁体、非线性光学、药物合成等领域有着广阔的应用潜力，因此它的研究成为当前超分 子化学研究的热点之一。超分子化学在纳米材料制备、纳米团簇的超分子化学组装、层状三维结构与器件、插层材料及功能化、表面图案与功能化，光电信息材料及器件等领域已取得 重大进展； 3. 与化学及生物学的交叉: 超分子化学为化学学科提供了新颖的轮廓和观点，其 基础概念已经贯穿了主要的化学领域，与无机化学、大环化学、配位化学、金属有机化学的 结合呈现出强大的生命力 ;在分子识别与人工酶、酶的功能、短肽及环核酸的组装体及其功 能等领域有着广阔的应用前景。 超分子化学是基于分子间相互作用和分子聚集体的化学，在与材料科学、生命科学等其它学科的交叉融合中，超分子化学已发展成超分子科学，被认为是21 世纪新概念和高技术的重 要源头。
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