超分子化學(xué)結(jié)構(gòu)模擬部分

超分子化學(xué)結(jié)構(gòu)模擬部分第一頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二超分子化學(xué)的基本概念，特點(diǎn)以及其所包含的研究內(nèi)容；超分子化學(xué)和普通化學(xué)之間的關(guān)系；超分子化學(xué)中的各種作用力與普通化學(xué)中存在的作用力的異同。生物化學(xué)中的堿金屬陽離子四吡咯大環(huán)化合物的特征植物光合作用中的超分子血紅蛋白吸收和運(yùn)輸氧輔酶B12神經(jīng)傳遞素和荷爾蒙DNA生物化學(xué)中的自組裝生物模擬第一章第二章陽離子絡(luò)合物主體第三章第四章陰離子的鍵合第二頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二主要內(nèi)容超分子定義與概念生命中的超分子化學(xué)陽離子分子絡(luò)合陰離子鍵合中性離子的絡(luò)合生物模擬超分子結(jié)構(gòu)化學(xué)分子自組裝第三頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二生物模擬第四頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二功能模擬生物模型的特征

重現(xiàn)的典型特征：①酶可以在溫和的條件下引發(fā)快速的反應(yīng)；②酶展現(xiàn)出對底物具有高度的結(jié)構(gòu)和手性識(shí)別；③每個(gè)酶分子可以催化大量底物分子的反應(yīng)而本身不被破壞（高的轉(zhuǎn)化數(shù)）；④對于那些與酶結(jié)合，但自身不反應(yīng)的化合物，酶很容易受到它們競爭性的抑制。

第五頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二受體和底物：

受體：細(xì)胞膜上或細(xì)胞內(nèi)能特異識(shí)別生物活性分子并與之結(jié)合，進(jìn)而引起生物學(xué)效應(yīng)的特殊蛋白質(zhì)。受體在細(xì)胞生物學(xué)中是一個(gè)很泛的概念，意指任何能夠同激素、神經(jīng)遞質(zhì)、藥物或細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)分子結(jié)合它能把識(shí)別和接受的信號(hào)正確無誤地放大并傳遞到細(xì)胞內(nèi)部，進(jìn)而引起生物學(xué)效應(yīng)。兩個(gè)基本功能：（1）識(shí)別特異的信號(hào)物質(zhì)--配體，識(shí)別的表現(xiàn)在于兩者結(jié)合；（2）把識(shí)別和接受的信號(hào)準(zhǔn)確無誤的放大并傳遞到細(xì)胞內(nèi)部，啟動(dòng)一系列胞內(nèi)生化反應(yīng)，最后導(dǎo)致特定的細(xì)胞反應(yīng)。使得胞間信號(hào)轉(zhuǎn)換為胞內(nèi)信號(hào)。第六頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二底物：酶所作用和催化的化合物。底物為參與生化反應(yīng)的物質(zhì)，可為化學(xué)元素、分子或化合物，經(jīng)酶作用可形成產(chǎn)物。配體是與大分子物質(zhì)結(jié)合的原子、離子或分子。如在抗原與抗體的結(jié)合，激素與受體的結(jié)合以及底物與酶的結(jié)合時(shí)抗原、激素及底物為特異的配體。第七頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二生物模擬采取的策略②體系體現(xiàn)底物或簡單對照物的有效鍵合特征，或展現(xiàn)生物反應(yīng)過度態(tài)的對照，這被稱為結(jié)構(gòu)模型；①在沒有酶鍵合特征的情況下進(jìn)行反應(yīng)（通常指分子間的）體系，這被稱為功能模型。第八頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二結(jié)構(gòu)模擬第九頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二鳥類飛行制造出飛機(jī)；模仿昆蟲的單、復(fù)眼發(fā)明了復(fù)眼照相機(jī)；模仿蝙蝠回聲定位發(fā)明了雷達(dá)；受響尾蛇的啟發(fā)而發(fā)明紅外線探測器；受海豚本能的啟示而研究聲納；根據(jù)青蛙眼睛的特殊構(gòu)造研制了電子蛙眼；通過對螢火蟲和海蠅的發(fā)光原理的研究，獲得了化學(xué)能轉(zhuǎn)化為光能的新方法，從而研制出化學(xué)熒光燈等等飛蓬轉(zhuǎn)草葉的齒形邊緣鋸蜘蛛網(wǎng)漁網(wǎng)車古代近代生物研究學(xué)習(xí)第十頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二

師法自然是中國古代有名的哲學(xué)思想科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，生物器官結(jié)構(gòu)之巧妙，能量的節(jié)省和工作性能之優(yōu)越，是人造機(jī)器無法相比的。正因如此，1960年，美國科學(xué)家斯蒂爾經(jīng)過長時(shí)間的觀察研究，創(chuàng)立了仿生學(xué)（Bionics）。從此，生物體的精巧結(jié)構(gòu)，成了工程學(xué)有意模仿的對象。由多尺度的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的四類具有特殊性質(zhì)的四類生物體系：（a）自清潔性質(zhì)，（b）機(jī)械性質(zhì)，（c）色彩（d）光學(xué)性質(zhì)第十一頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二生物體系嗅覺視覺氣味光線聽覺聲音結(jié)構(gòu)仿生體系的選擇結(jié)構(gòu)和過程微-納米多尺度結(jié)構(gòu)第十二頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二結(jié)構(gòu)對潤濕性的影響—從天然到人工合成第十三頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二第十四頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二固體的表面微觀結(jié)構(gòu)、表面自由能固體表面的浸潤性接觸角、滾動(dòng)角、超親水表面、超疏水表面主要的概念在氣、液、固三相交界點(diǎn)，氣-液與氣-固界面張力之間的夾角稱為接觸角，通常用θ表示。若接觸角大于90°，說明液體不能潤濕固體，如汞在玻璃表面；若接觸角小于90°，液體能潤濕固體，如水在潔凈的玻璃表面。接觸角的大小可以用實(shí)驗(yàn)測量，也可以用公式計(jì)算：第十五頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二2023/6/7接觸角(contactangle)接觸角的示意圖：第十六頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二傾斜表面上的液滴滾動(dòng)角的定義為一定質(zhì)量的水滴在傾斜表面開始滾動(dòng)時(shí)的臨界角度。一般用滾動(dòng)角α來衡量。如圖所示，它由液滴在某一表面的前進(jìn)角和后退角的差值決定，也稱接觸角滯后。小的滾動(dòng)角和大的接觸角是在表面保持良好的抗粘附性的兩個(gè)重要條件。第十七頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二

一般認(rèn)為，接觸角越大其表面疏水性也就越高。例如三個(gè)表面從左到右疏水性依次減弱，因?yàn)閺撵o態(tài)接觸角來看顯然a大得多。但是如果將基底都傾斜很小的一個(gè)角度，就像圖中所示的那樣，可以發(fā)現(xiàn)a的液滴順勢滑落，而左邊的液滴都不會(huì)下滑，從中可以看出靜態(tài)接觸角和動(dòng)態(tài)接觸角的本征區(qū)別，要設(shè)計(jì)具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的浸潤性表面，就必須考慮到液滴在微小力作用下滾動(dòng)角。三種表面上液滴的比較第十八頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二

影響固體表面浸潤性的因素：一是表面自由能，二是表面粗糙度。固體的表面自由能（又稱表面張力）γsl越大，越容易被一些液體所潤濕。影響固體表面浸潤性的因素：以此為界可把固體分為兩類：一類是高能的表面，例如常見的金屬及其氧化物、硫化物、無機(jī)鹽等，有較高的表面自由焓，這些材料容易被普通液體所浸潤；另一類是低能表面，包括一般的有機(jī)固體及高聚物，這些材料的表面自由焓與常見液體相當(dāng)，并且這些材料的浸潤性與固－液兩相的表面組成與性質(zhì)密切相關(guān)。對于固體表面來說，一般按照其自由能的大小可以分為親水表面和疏水表面。第十九頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二即使具有最低表面能的光滑固體表面與水的接觸角也只有119°。由于表面能是材料的固有特征，因此為了得到更好的疏水效果，改變表面粗糙度就變得尤為重要。改變潤濕性的關(guān)鍵：第二十頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二固體表面的幾種不同浸潤形式第二十一頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二超親水與超疏水狀態(tài)早在1936年Wenzel就認(rèn)識(shí)到了粗糙度對浸潤性的影響,他將Young氏方程修改為：

式中r定義為粗糙度因子，是指固體的真實(shí)面積與其投影表觀面積比，θw是粗糙表面的表觀接觸角.對于Wenzel方程，液體和粗糙固體表面接觸的部分是完全浸潤，由于粗糙度因子r總是大于1，（1）θ<90o時(shí)，θw隨著表面粗糙度的增加而降低，表面變得更親液；（2）θ>90o時(shí)，θw隨著表面粗糙度的增加而變大，表面變得更疏液。第二十二頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二

表面粗糙度可以增強(qiáng)表面的浸潤性，這樣就產(chǎn)生了兩個(gè)特殊的浸潤性狀態(tài)：超親水狀態(tài)和超疏水狀態(tài)。當(dāng)水滴滴到表面上后，能夠浸潤表面并鋪展開，同時(shí)接觸角θ趨向于0°。這種表面就被定義為超親水表面，表面所表現(xiàn)出的浸潤狀態(tài)(性質(zhì))就是超親水狀態(tài)(性質(zhì))。即使僅僅通過高表面能的物質(zhì)修飾，有些表面也能表現(xiàn)出超親水性質(zhì)。即使如此，在多數(shù)情況下，由表面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的二維、三維毛細(xì)作用仍然是實(shí)現(xiàn)超親水表面的關(guān)鍵。相對的，超疏水表面是指那些表面靜態(tài)接觸角大于150°的固體表面。這種特殊的疏水狀態(tài)(性質(zhì))，被稱為超疏水狀態(tài)(性質(zhì))。第二十三頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二超疏水狀態(tài)超疏水表面五種假設(shè)的狀態(tài)：(a)Wenzel狀態(tài)，(b)Cassie狀態(tài)，(c)Lotus狀態(tài)，(d)Wenzel與Cassie的過渡態(tài)，(e)Gecko狀態(tài)。第二十四頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二圖1荷葉表面的電鏡掃描圖（來源：Dr.W.Barthlott,Bonn)原因1:表面的超疏水結(jié)構(gòu)原因2:接觸角為163°，滾動(dòng)角小于2°。模型進(jìn)行數(shù)字計(jì)算，則能得到的最大的理論接觸較為147o。矛盾第二十五頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二荷葉（A-C）和人造碳納米管陣列（D-F）表面的微納米結(jié)構(gòu)微納米分級(jí)結(jié)構(gòu)自由分布的乳突的直徑從5μm到9μm不等平均直徑為124nm左右的樹枝狀的結(jié)構(gòu)荷葉對水表現(xiàn)出的超級(jí)抗粘附力

第二十六頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二荷葉效應(yīng)的應(yīng)用荷葉分級(jí)結(jié)構(gòu)矛盾荷葉效應(yīng)乳膠漆仿荷葉織物荷葉效應(yīng)防水漆荷葉玻璃拒水拒油納米紡織新產(chǎn)品模擬荷葉制造憎水性膜第二十七頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二荷葉荷葉效應(yīng)乳膠漆

附圖

荷葉和荷葉效應(yīng)乳膠漆結(jié)構(gòu)

第二十八頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二各向異性排列微結(jié)構(gòu)對潤濕性的影響第二十九頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二第三十頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二各向異性的結(jié)構(gòu)及其特殊的潤濕性：（A）稻葉；（B）稻葉類似表面的碳納米管陣列膜層；（C）典型的三維各向異性的碳納米管陣列的SEM圖片（柱狀間隔為20μm）；（D）水在具有不同柱間隔的（C）膜層■,6μm;□10μm;●,13μm;▲,15μm;▼,20μm，以及在平整硅基底○上的擴(kuò)展行為第三十一頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二水黽驚人的超疏水力第三十二頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二水上飛第三十三頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二水黽擁有獨(dú)特的可疏水的腿部，它們能毫不費(fèi)力地站立在水面上，并且在水面上快速移動(dòng)，以前一種普遍的說法認(rèn)為以上現(xiàn)象歸因于蠟物質(zhì)所引起的表面張力效果，然而最近的研究表明，由水黽腿表面分泌的蠟產(chǎn)生的接觸角為105o，不足以說明水黽腿部顯著的疏水性，已知一個(gè)有低表面能的物體的微觀結(jié)構(gòu)可以加強(qiáng)它的疏水性，所以我們對水黽腿部的物理性質(zhì)進(jìn)行了研究第三十四頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二非潤濕性的水黽的腿：（A）當(dāng)水黽的腿刺穿水表面瞬間產(chǎn)生的最大凹坑的側(cè)視照片，插圖為水黽一條腿上接觸角為167±4.4o的水滴的照片（B）水黽腿上無數(shù)取向的紡錘形剛毛的掃描電子顯微鏡照片，插圖為單根剛毛上的納米尺度的凹槽結(jié)構(gòu)4.38±0.02mm深度152達(dá)因的力剛毛長度約50微米第三十五頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二在人類費(fèi)盡心力不辭勞苦復(fù)現(xiàn)神技的同時(shí)，在昆蟲界這一點(diǎn)實(shí)現(xiàn)起來輕而易舉。而今，就連機(jī)器人也被水上漂神功附體了。韓國的科學(xué)家們近日就制造出了一個(gè)能在水上跳躍和著陸的機(jī)器人。應(yīng)用1：水上機(jī)器人

第三十六頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二檢測水質(zhì)，小型探測器第三十七頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二應(yīng)用2：通過構(gòu)筑表面結(jié)構(gòu)創(chuàng)造超疏水性

在表面構(gòu)筑微納米結(jié)構(gòu)的方法：如激光燒蝕，選區(qū)氧等離子刻蝕，溶膠凝膠等。聚合物，由于在加熱或溶解時(shí)具有良好的可塑性和流動(dòng)性，它們非常容易加工。因此，人們發(fā)展了多種在它們表面構(gòu)筑微納米結(jié)構(gòu)的方法?；凇皾L壓”技術(shù)而發(fā)展起來的方法可以實(shí)現(xiàn)在聚合物表面制備具有規(guī)整圖案的柱狀結(jié)構(gòu).第三十八頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二(a)模板法制備PC納米棒陣列過程，(b)大面積制備裝置示意圖對于弱親水性的聚合物聚碳酸酯，通過上述方法制備的膜層當(dāng)納米柱的尺寸為28.3±2.1nm時(shí)，其接觸角可達(dá)145.6±1.6o，而在其平面基底上，其接觸角只有85.7±0.8o。第三十九頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二應(yīng)用3：表面具有特殊微納米結(jié)構(gòu)的超疏水聚合物膜層第四十頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二表面具有特殊微納米結(jié)構(gòu)的超疏水聚合物膜層的掃描電子顯微鏡照片：（A）具有良好柱狀圖案化結(jié)構(gòu)的聚合物膜層的掃描電子顯微鏡照片；（B）具有超疏水性質(zhì)的蟬的翅膀上納米結(jié)構(gòu)；（C）聚丙烯腈納米纖維陣列膜層（上視圖），插圖為側(cè)視圖；（D）具有微球以及納米纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)的聚苯乙烯膜層高度：10μm左右173.8±1.8o平面聚丙烯腈的膜層接觸角水平：100.8±0.6o160.5o第四十一頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二盡管平面聚丙烯腈的膜層的接觸角只有100.8±0.6o，但這種膜層的接觸角卻高173.8±1.8o。而平面膜層接觸角只有72.1±1.1o的非常親水的聚乙烯醇在上述微納米結(jié)構(gòu)存在時(shí)也表現(xiàn)出了超疏水性質(zhì)，這也證明了有關(guān)超疏水表面可通過親水物質(zhì)構(gòu)筑的理論預(yù)測。

聚合物表面的多孔結(jié)構(gòu)可以非常便利地通過利用不同聚合物在溶劑中的溶解性差異來制備。這種方法制備的膜層表面具有類似荷葉的微乳突結(jié)構(gòu)，每一個(gè)乳突（300—700nm）上覆蓋著尺寸在30到40nm的納米乳突。由于這些分級(jí)結(jié)構(gòu)的存在，這些膜層的接觸角達(dá)166o，滾動(dòng)角卻小到3.4±2.0o，呈現(xiàn)出優(yōu)異的超疏水性質(zhì)。電流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)也是一種可將多種材料制備成微米到納米纖維或粒子的有效方法。通過該方法制備的多孔微球/納米纖維復(fù)合聚苯乙烯膜層（圖D）其接觸角高達(dá)160.5o，呈現(xiàn)出了很好的超疏水性。改善結(jié)構(gòu)提高超疏水性第四十二頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二

自組裝技術(shù)提供了一種可行的通過化學(xué)方法來改變固體表面性質(zhì)的途徑，其同樣可以方便地被用作調(diào)節(jié)表面的自由能。通過對這種方法，不僅可以得到具有超疏水性質(zhì)的材料，同時(shí)也可將既有結(jié)構(gòu)表面的潤濕性在超親水和超疏水之間可控調(diào)節(jié)。圖

在聚電解質(zhì)改性的ITO玻璃上通過電化學(xué)沉積制備的樹枝狀金聚集體的SEM照片，沉積時(shí)間分別為：（a）2s，（b）50s，（c）200s，（d）800s應(yīng)用4：電化學(xué)沉積和單分子組裝增強(qiáng)超疏水性當(dāng)1000s后趨于穩(wěn)定，該膜層的接觸角可達(dá)156o，當(dāng)其在空氣中暴露40min后，其接觸角增大到了約173o滾動(dòng)角大于為1.5o第四十三頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二（a）在改性的樹枝狀金聚集體膜層上測定的水的動(dòng)態(tài)接觸角隨電化學(xué)沉積時(shí)間的變化曲線，（b）在樹枝狀金聚集體表面的水滴的形狀，（c）將（b）在空氣中暴露40分鐘后水滴的形貌。一鏈長不同的烷酸被用在對銅膜層的表面自由能的調(diào)節(jié)上。對于粗糙的表面，其變化范圍在0o到157o之間。表明通過化學(xué)改性和改變膜層的粗糙度，銅膜層的潤濕性可以在超親水和超疏水之間得到很好的控制。上面的結(jié)果也表明，通過改變表面的自由能，粗糙表面的潤濕性可以在較大的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。第四十四頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二刺激響應(yīng)性材料使可逆地改變表面的化學(xué)性質(zhì)和潤濕性成為可能,但是通常情況下潤濕響應(yīng)的改變非常有限。親水性的表面的親水性和疏水表面的疏水性可以通過表面粗糙度被極大地增強(qiáng)。因此，對于一個(gè)刺激響應(yīng)性的表面，潤濕響應(yīng)性也可以通過引入表面粗糙度而得以放大，這就為實(shí)現(xiàn)在超疏水和超親水間轉(zhuǎn)變的提供了可能。第四十五頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二在超親水和超疏水間響應(yīng)性轉(zhuǎn)換：（A）平面基底上水滴的形貌（上部）和使PNIPAAm分子具有溫度響應(yīng)轉(zhuǎn)換性質(zhì)的PNIPAAm分子間和分子內(nèi)氫鍵可逆競爭的示意圖（下部），（B）粗糙表面的水滴形貌。應(yīng)用5：

聚N-異丙基丙烯酰胺（PNIPAAm）改性的表面實(shí)現(xiàn)溫度觸發(fā)的超疏水到超親水之間轉(zhuǎn)換

第四十六頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二圖聚四氟乙烯（PTFE）包覆的銅網(wǎng)格以及其對水油表現(xiàn)出的極端的潤濕響應(yīng)性：（A）包覆的銅網(wǎng)格的掃描電子顯微鏡照片，（B）網(wǎng)格上水滴的形狀，（C）油滴的快速滲透過程。應(yīng)用6：聚四氟乙烯（PTFE）包覆的銅網(wǎng)格以及其對水油表現(xiàn)出的極端的潤濕響應(yīng)性156.2±2.8°接觸角接近0o特殊潤濕性的應(yīng)用第四十七頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二超親水性在聚合物過濾膜中也得到了廣泛的應(yīng)用。例如，原始的聚丙烯過濾膜過濾效率較低，這主要受到材料自身疏水性的影響。通過對該膜層進(jìn)行化學(xué)改性并在其表面構(gòu)造納米結(jié)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在不改變網(wǎng)孔大小的情況下，過濾膜可以呈現(xiàn)超親水性而使水滴快速擴(kuò)展，從而大大提高過濾效率。應(yīng)用7：超親水性的應(yīng)用第四十八頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二在紡織品領(lǐng)域，雙親性會(huì)賦予面料舒適，排汗以及透氣性，親水性則可提高面料的染色性以及色彩的牢固性，這在毛織品以及聚丙烯纖維方面已得到了成功應(yīng)用。納米結(jié)構(gòu)也已經(jīng)被用在某些布料上來實(shí)現(xiàn)超疏水織品的制備，例如具有自清潔功能的領(lǐng)帶和襯衫，其可表現(xiàn)出超疏水以及自清潔的性質(zhì)從而實(shí)現(xiàn)免洗功能。這些新的功能和性質(zhì)可為我們的生活帶來極大的便利，同時(shí)也可大幅增加產(chǎn)品的附加值。第四十九頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二超分子結(jié)構(gòu)化學(xué)第五十頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二超分子結(jié)構(gòu)化學(xué)超分子是指由兩種或兩種以上分子依靠分子間相互作用結(jié)合在一起，組成復(fù)雜的、有組織的聚集體，保持一定的完整性，使它具有明確的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀特性。由分子到超分子和分子間相互作用的關(guān)系，正如由原子到分子和共價(jià)鍵的關(guān)系。分子間相互作用

非共價(jià)鍵第五十一頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二一、超分子穩(wěn)定形成的因素G=H-TS

能量因素熵因素第五十二頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二能量因素：降低能量在于分子間鍵的形成。（a）靜電作用鹽鍵正負(fù)離子

R-COO－····H3N+-R正負(fù)基團(tuán)離子－偶極子作用

偶極子－偶極子作用1.能量因素＋－＋－+－＋－＋第五十三頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二（b）氫鍵常規(guī)氫鍵 X-H····YX,Y=F,O,N,C,Cl

非常規(guī)氫鍵 X-H····

X-H····M X-H····H-Y（c）M-L配位鍵金屬原子和配位體間形成的共價(jià)配鍵為主第五十四頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二（e）····堆疊作用

面對面邊對面（f）誘導(dǎo)偶極子－誘導(dǎo)偶極子的作用即色散力：范德華力(d)疏水效應(yīng)：溶液中疏水基團(tuán)或油滴互相聚集，增加水分子間氫鍵的數(shù)量。第五十五頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二2.

熵增加因素（a）螯合效應(yīng)：由螯合配位體形成的配合物比相同配位數(shù)和相同配位原子的單嚙配位體形成的配合物穩(wěn)定的效應(yīng)。

Co(NH3)62+Co(en)32+logK5.1

13.8Ni(NH3)62+Ni(en)32+logK8.7

18.6第五十六頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二（b）大環(huán)效應(yīng)：和螯合效應(yīng)有關(guān)，在能量因素和熵因素上增進(jìn)體系穩(wěn)定性。LogK 11.24 15.34-H/kJ·mol-1 44.4 61.9S/J·k-1·mol-1 66.5 85.8第五十七頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二（c）疏水效應(yīng)（空腔效應(yīng)）疏水空腔相對有序水無序水第五十八頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二3.

鎖和鑰匙原理是能量效應(yīng)和熵效應(yīng)共同配合形成穩(wěn)定的超分子原理。是超分子體系識(shí)別記憶功能和專一選擇功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。鎖和鑰匙間每一局部是弱的相互作用，但各個(gè)局部之間相互的加和作用、協(xié)同作用形成強(qiáng)的分子間作用力，形成穩(wěn)定的超分子。第五十九頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二二、分子識(shí)別和自組裝1.兩個(gè)概念（a）分子識(shí)別：一個(gè)底物和一個(gè)接受體分子各自在其特殊部位具有某些結(jié)構(gòu)，適合于彼此成鍵的最佳條件，互相選擇對方結(jié)合在一起。（b）超分子自組裝：分子之間依靠分子間相互作用，自發(fā)的結(jié)合起來，形成分立的或伸展的超分子。

識(shí)別和自組裝的根據(jù)是：

電子因素：各種分子間作用力得到發(fā)揮

幾何因素：分子的幾何形狀和大小互相匹配第六十頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二2.

冠醚和穴狀配體的識(shí)別和組裝（a）球形離子大小識(shí)別第六十一頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二（b）四面體識(shí)別三環(huán)氮雜冠醚中N原子的四面體分布，對同樣大小的K+和NH4+，傾向于和NH4+結(jié)合。第六十二頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二3.

氫鍵識(shí)別和自組裝（a）DNA

DNA中的堿基對就是依靠形成最多的氫鍵、幾何上的匹配。在生命體系中是最重要的一種氫鍵識(shí)別。DNA的氫鍵識(shí)別和自組裝是20世紀(jì)自然科學(xué)最偉大的發(fā)現(xiàn)之一。第六十三頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二（b）超分子合成子合成子：用已知的或想象的合成操作所能形成或組裝出來的分子中的結(jié)構(gòu)單位。超分子合成子：用已知的或想像的、包含分子間相互作用的合成操作所能形成的超分子中的結(jié)構(gòu)單位。利用氫鍵的識(shí)別，設(shè)計(jì)超分子合成子是超分子化學(xué)的重要內(nèi)容。下面列出一些有代表性的超分子合成子。第六十四頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二第六十五頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二（c）實(shí)例中性分子識(shí)別第六十六頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二氫鍵識(shí)別自組裝成分子網(wǎng)球第六十七頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二氫鍵識(shí)別組裝成分子餅第六十八頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二氫鍵識(shí)別和···堆疊聯(lián)合作用第六十九頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二4.配位鍵的自組裝過渡金屬的配位幾何學(xué)和配位體相互作用位置的方向性特征，提供了合理地組裝成各類超分子的藍(lán)圖。（a）大環(huán)超分子（Mo-O配位鍵）[Mo176O496(OH)32(H2O)80]·(60050)H2O章士偉等：Chem.Commun.(1998):1937~1938Muller等:Angew.Chem.Int.Ed.Engl.(1998),37:1220第七十頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二（b）Zn-N配位鍵形成的分子盒第七十一頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二（b）Zn-N配位鍵形成的分子盒第七十二頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二（c）Fe-N配位鍵組裝成的超分子第七十三頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二（d）Mo-C和Mo-N鍵組裝成的超分子第七十四頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二5.疏水作用的識(shí)別和組裝

環(huán)糊精內(nèi)壁為疏水性。當(dāng)環(huán)糊精接上一個(gè)疏水基團(tuán)（如Ph-C4H9）這個(gè)基團(tuán)通過識(shí)別內(nèi)壁的疏水性，并自組裝成長鏈。劉育等的研究成果第七十五頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二三、晶體工程

1.

概念和特點(diǎn)概念：許多晶體是完美的超分子將超分子化學(xué)原理、方法以及控制分子間作用的謀略于晶體，形成晶體工程。晶體工程是通過分子堆積，設(shè)計(jì)和制出奇特新穎、花樣繁多、具有特定性質(zhì)的新晶體。特點(diǎn)：（a）研究晶態(tài)超分子（b）分子間相互作用可直接用X射線晶體學(xué)研究，結(jié)論明確、可靠。（c）設(shè)計(jì)方案既包括晶體中分子在空間的排列，也能將強(qiáng)的和弱的相互作用結(jié)合考慮。（d）設(shè)計(jì)的物種既包括單組分，也包括多組分體系。（e）在主賓絡(luò)合物型式的超分子中，主體孔穴可由幾個(gè)分子組成。第七十六頁，共九十頁，編輯于2023年，星期二2.晶體工程的謀略（a）式樣的設(shè)計(jì)選擇原