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supramolecular chemistry Outline Introduction to supramolecular chemistry The main theories Application Introduction Supermolecules: the aggregates combined by two or more kinds of molecules, through interaction (intermolecular bonds) rather than covalent bonds Supermolecules chemistry: About the properties of the aggregates, and the intermolecular interaction Introduction 超分子化学的研究范围 Introduction The Nobel Prize in Chemistry 1987 C. Pedersen 于1967年发现冠醚（crown ether）类物质，为大环类物质特殊性能的研究做出了开拓性贡献 J.M. Lehn 从各角度对冠醚进行了研究，发现穴醚化合物，提出了超分子概念 C.J. Cram 主客体化学的先驱者 The main theories 超分子稳定形成的因素 ?G = ?H - T?S 能量因素 熵因素 钥匙和锁原理 分子识别（Molecular recognition ） 超分子自组装 （Self-assembly ） The main theories 能量因素：分子间键的形成，使得体系能量降低 静电作用：正负离子，基团，偶极子之间的盐键、相互作用 氢键：常规氢键 X-H····Y （X, Y = F, O, N, C, Cl） 非常规氢键 X-H····?； X-H····M M-L配位键：金属原子和配位体间形成的共价配键为主 The main theories 能量因素：分子间键的形成，使得体系能量降低 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 ?····? 堆叠作用 其他，如色散力（范德华力） The main theories 熵增加的因素 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 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 疏水效应（空腔效应） The main theories 钥匙和锁原理 能量效应和熵效应共同配合形成稳定的超分子 超分子体系识别记忆功能和专一选择功能的结构基础 锁和钥匙间每一局部是弱的相互作用，但各个局部之间相互的加和作用、协同作用形成强的分子间作用力，形成稳定的超分子 The main theories 分子识别与自组装 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 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 分子识别和自组装的依据 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 The main theories 冠醚和穴状配体的识别和组装（大环效应） The main theories 氢键识别和自组装 The main theories 配位键的自组装 The main theories 疏水作用的识别和组装 环糊精内壁为疏水性。当环糊精接上一个疏水基团（如Ph-C4H9），这个基团通过识别内壁的疏水性，并自组装成长链。 Application 冠醚及其衍生物 L-单层膜 （Langmuir monolayer） L-B复合膜（Langmuir-Blodgett multilayer） Application 冠醚及其衍生物 相转移催化反应 诱导合成大环分子 光控开关 Application 相转移催化反应（提高负离子在有机溶剂中的活性） 冠醚与试剂中正离子络合，使该正离子可溶在有机溶剂中 与正离子相对应的负离子也随同进入有机溶剂内，冠醚不与负离子络合，使游离或裸露的负离子反应活性很高，能迅速反应 冠醚把试剂带入有机溶剂中，称为相转移剂或相转移催化剂 Application