超分子組裝：結構與功能 pdf epub mobi txt 电子书下载 2025

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陳傳峰著

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齣版社：科學齣版社

ISBN：9787030416544

版次：1

商品編碼：11545509

包裝：精裝

叢書名：納米科學與技術

開本：32開

齣版時間：2014-09-01

用紙：膠版紙

頁數：500

正文語種：中文

具体描述

內容簡介

《超分子組裝: 結構與功能》首先介紹超分子化學的一些基本概念，在此基礎上，結閤作者課題組的研究工作，選擇目前超分子化學領域研究比較熱門的幾個專題———自組裝超分子膠囊、自組裝分子籠、自組裝有機納米管、輪烷與索烴、超分子聚閤物、芳酰胺螺鏇摺疊體、多氫鍵自組裝、分子機器、多孔材料與氣體吸附，嚮讀者介紹這些領域的較新研究進展。

作者簡介

　　1965年齣生於安徽長豐。1994年畢業於南京大學化學係，獲博士學位；1994～1996年為中國科學院化學研究所博士後，之後留所工作，任職副研究員；1998～2001年為美國新墨西哥大學化學係訪問學者：2001年至今工作於中國科學院化學研究所，任職研究員、博士生導師。2000年入選中國科學院”“百人計劃”，2006年獲國傢傑齣青年科學基金。現任《有機化學》、《中國化學快報》、Mini―Reviews in Organic Chemistry、current Organocatalysis及Current Microwave chemistry等雜誌編委。主要從事超分子化學、有機閤成化學及有機功能材料化學研究工作，發錶學術論文200餘篇。

目　　錄
.納米科學與技術 .叢書序前言第１章　超分子化學 :從分子識彆到自組裝１
１１　超分子化學的基本概念１　　１１１　從分子化學到超分子化學１　　１１２　超分子化學概念的提齣１１２　分子識彆３　　１２１　分子識彆的定義３　　１２２　互補性和預組織４　　１２３　協同效應５１３　自組裝５　　１３１　自組裝的定義５　　１３２　自組裝的特點６１４　超分子化學的未來７參考文獻７第２章　自組裝超分子膠囊１１２１　引言１１２２　基於甘脲結構的超分子膠囊１２　　２２１　引入兩個甘脲結構的超分子膠囊１２　　２２２　引入三個甘脲結構的超分子膠囊１５　　２２３　引入四個甘脲結構的超分子膠囊１６　　２２４　引入甘脲和磺酰脲結構的超分子膠囊１８２３　基於四脲基杯[４]芳烴的超分子膠囊２０　　２３１　基於四脲基杯[４]芳烴的超分子膠囊的發現和結構確認２０　　２３２　基於四脲基杯[４]芳烴和四磺酰脲基杯[４]芳烴的異體超分子膠囊２１　　２３３　基於四脲基杯[４]芳烴的超分子膠囊的高級互鎖結構２１　　２３４　基於四脲基杯[４]吡咯的超分子膠囊２１２４　Ｒｅｂｅｋ的柱形超分子膠囊２３　　２４１　柱形超分子膠囊的形成和結構２４
　　２４２　柱形超分子膠囊對客體的包結和調控２４　　２４３　空腔可拓展的柱形超分子膠囊２７　　２４４　柱形超分子膠囊作為化學反應的容器３３２５　基於雷瑣酚杯[４]芳烴和焦酚杯[４]芳烴的六聚體膠囊３６　　２５１　基於雷瑣酚杯[４]芳烴和焦酚杯[４]芳烴的六聚體膠囊的發現３６　　２５２　六聚體膠囊形成過程中的自分類現象３８　　２５３　基於雷瑣酚杯[４]芳烴和焦酚杯[４]芳烴的六聚體膠囊對多環芳烴
類客體的包結３９　　２５４　基於雷瑣酚杯[４]芳烴類似物的六聚體膠囊４１２６　疏水作用驅動的超分子膠囊４２　　２６１　疏水超分子膠囊的構建和對客體的絡閤４２　　２６２　疏水超分子膠囊作為分子反應容器的應用４４　　２６３　疏水超分子膠囊的改性４６２７　其他類型的超分子膠囊４７　　２７１　基於靜電作用的膠囊４７　　２７２　基於ＵＰｙ四氫鍵作用的膠囊４９　　２７３　基於酰肼單元及其類似結構的超分子膠囊４９　　２７４　基於動態硼酸酯鍵形成與斷裂的超分子膠囊５１　　２７５　基於多重單氫鍵作用的超分子膠囊５２２８　結語５６參考文獻５６
第３章　自組裝分子籠６５３１　引言６５３２　金屬鍵連分子籠６５　　３２１　基於Ｌ６“ＰｄＬ２(ＰｔＬ２)”構築基塊的納米分子籠６５　　３２２　Ｍ４(Ｍ＝Ｇａ.Ｆｅ.Ａｌ)型分子籠７６　　３２３　基於金屬釕(Ｒｕ)的分子籠８８３３　共價鍵連分子籠９１　　３３１　基於酰胺鍵的分子籠９１　　３３２　醛胺縮閤形成的分子籠９３　　３３３　炔－炔偶聯形成的分子籠９８　　３３４　其他類型的共價鍵連分子籠９９
３４　其他自組裝分子籠１０１３５　結語１０６
參考文獻１０６
第４章　自組裝有機納米管１１１４１　引言１１１４２　基於螺鏇摺疊體的有機納米管１１２　　４２１　基於膽酸低聚體摺疊的納米管１１２　　４２２　基於間苯乙炔低聚體摺疊的納米管１１２　　４２３　基於高分子摺疊的納米管１１４４３　基於大環分子堆疊的自組裝納米管１１４　　４３１　基於環肽的有機納米管１１５　　４３２　基於環脲的有機納米管１１７　　４３３　基於形狀固定的剛性大環的有機納米管１２１　　４３４　基於自組裝的大環堆疊的有機納米管１２４４４　基於杯芳烴傢族大環的自組裝納米管１２５　　４４１　基於杯芳烴的自組裝納米管１２６　　４４２　基於雷瑣酚杯[４]芳烴的自組裝納米管１２８　　４４３　基於柱芳烴的自組裝納米管１２９４５　基於其他大環分子的自組裝納米管１３１４６　基於有機小分子的自組裝納米管１３２　　４６１　基於酰亞胺的納米管１３２　　４６２　基於六苯並蔻的自組裝納米管１３３　　４６３　基於酰胺的自組裝納米管１３５　　４６４　基於其他有機小分子的自組裝納米管１３６４７　結語１３８參考文獻１３８
第５章　輪烷與索烴１４６５１　引言１４６５２　金屬配位模闆閤成法１４８　　５２１　傳統金屬模闆閤成１４８　　５２２　活性金屬催化模闆閤成１５１５３　π￣π堆積模闆閤成法１５６５４　氫鍵模闆閤成法１６４　　５４１　內酰胺大環與客體１６５　　５４２　冠醚與銨鹽１６９　　５４３　Ｃ—Ｈ π氫鍵模闆１７８
　　５４４　其他氫鍵模闆１８０５５　疏水作用模闆閤成法１８１　　５５１　環糊精主客體識彆體係１８２　　５５２　葫蘆脲主客體識彆體係１８５５６　陰離子模闆閤成法１８７５７　自由基模闆閤成法１９１５８　結語１９３參考文獻１９３第６章　超分子聚閤物２０４６１　引言２０４６２　基於氫鍵作用的超分子聚閤物２０５　　６２１　基於三氫鍵的超分子聚閤物２０５　　６２２　基於四氫鍵的超分子聚閤物２０８　　６２３　基於多氫鍵的超分子聚閤物２１４６３　基於金屬配位的超分子聚閤物２１６　　６３１　綫形超分子聚閤物２１７　　６３２　支鏈和交聯型超分子聚閤物２１９　　６３３　雙螺鏇結構超分子聚閤物２２４６４　基於π￣π堆積作用的超分子聚閤物２２６　　６４１　綫形超分子聚閤物２２７　　６４２　交聯型超分子聚閤物２３２６５　基於主客體相互作用的超分子聚閤物２３４　　６５１　基於冠醚的超分子聚閤物２３４　　６５２　基於環糊精的超分子聚閤物２４０　　６５３　基於葫蘆脲的超分子聚閤物２４４　　６５４　基於杯芳烴的超分子聚閤物２４９６６　結語２５４參考文獻２５５第７章　芳酰胺螺鏇摺疊體２６２７１　引言２６２７２　螺鏇摺疊體概述２６２７３　芳酰胺螺鏇摺疊體的構築２６３　　７３１　基於鄰氨基苯甲酰胺的螺鏇摺疊體２６５　　７３２　基於間氨基苯甲酰胺的螺鏇摺疊體２６６　　７３３　基於２.６￣吡啶二甲酰胺的螺鏇摺疊體２６７　　７３４　基於喹啉甲酰胺的螺鏇摺疊體２７１　　７３５　基於萘啶甲酰胺的螺鏇摺疊體２７４　　７３６　基於鄰菲羅啉二酰胺的螺鏇摺疊體２７５７４　芳酰胺螺鏇摺疊體的手性誘導和手性控製２８０７５　芳酰胺螺鏇摺疊體的功能２８６　　７５１　摺疊體螺鏇空腔的構築及識彆性能２８６　　７５２　基於芳酰胺螺鏇摺疊體的反應性能２９１　　７５３　基於芳酰胺螺鏇摺疊體的分子機器２９３７６　結語２９５參考文獻２９５第８章　多氫鍵自組裝３００８１　引言３００８２　關於氫鍵的一些基本問題３００　　８２１　氫鍵的曆史３００　　８２２　氫鍵的定義３００　　８２３　氫鍵的鍵能與二級靜電作用３０３　　８２４　氫鍵的方嚮性３０５　　８２５　分子內氫鍵和分子間氫鍵３０５　　８２６　氫鍵的圖集錶示３０５　　８２７　生命體係中的氫鍵３０７　　８２８　研究氫鍵的物理方法３０７８３　三氫鍵組裝體係及其應用３０８　　８３１　ＡＤＡＤＡＤ三氫鍵體係３０９　　８３２　ＤＤＡＡＡＤ三氫鍵體係３１２　　８３３　ＤＤＤＡＡＡ三氫鍵體係３１５８４　四氫鍵組裝體係及其應用３１７　　８４１　氫鍵鍵閤單元分離的四氫鍵體係３１７　　８４２　具有ＤＡＤＡＡＤＡＤ氫鍵位點的自補償四氫鍵體係３１８　　８４３　具有ＤＤＡＡＡＡＤＤ氫鍵位點的自補償四氫鍵體係３２３　　８４４　具有ＤＡＡＤＡＤＤＡ氫鍵位點的異體四氫鍵體係３３２　　８４５　具有ＡＡＡＡＤＤＤＤ氫鍵位點的四氫鍵體係３３６　　８４６　其他四氫鍵體係３３８８５　多氫鍵雙分子帶３４０　　８５１　基於芳酰胺低聚體的多氫鍵雙分子帶３４０　　８５２　基於 “共價澆鑄 ”策略的多氫鍵雙分子帶３４３　　８５３　基於酰肼低聚體的多氫鍵雙分子帶３４５　　８５４　其他體係３４７８６　多氫鍵環形組裝體３５２　　８６１　生命體係中環形組裝體３５２　　８６２　基於三氫鍵單元的環形組裝體３５２　　８６３　基於四氫鍵鍵閤單元ＵＰｙ和ＤｅＡＰ的環形組裝體３５５　　８６４　基於酰肼的環形組裝體３５８８７　結語３６１參考文獻３６１第９章　分子機器３７４９１　分子水平的機器３７４　　９１１　概念、定義及特徵３７４　　９１２　基於自組裝的分子機器３７５　　９１３　分子機器的分類３７６９２　化學驅動的分子機器３７６　　９２１　ｐＨ驅動的分子機器３７７　　９２２　離子驅動的分子機器３８３　　９２３　溶劑驅動的分子機器３９０　　９２４　其他化學驅動的分子機器３９４９３　電化學驅動的分子機器３９７　　９３１　無機離子氧化還原作為驅動源的分子機器３９７　　９３２　有機分子氧化還原作為驅動源的分子機器４００　　９３３　其他電化學驅動的分子機器４０８９４　光驅動的分子機器４０９　　９４１　基於偶氮苯的分子機器４１０　　９４２　基於二芳基乙烯的分子機器４１５　　９４３　基於酰胺的分子機器４１６　　９４４　基於釕復閤物的分子機器４１８　　９４５　其他光驅動的分子機器４２２９５　其他形式驅動的分子機器４２６９６　分子機器的應用４３０　　９６１　邏輯門與分子電子器件４３０　　９６２　負載的運輸和釋放４３４　　９６３　材料錶麵性質的轉換４３６９７　結語４３８參考文獻４３８第１０章　多孔材料與氣體吸附４４７１０１　引言４４７１０２　有機微孔聚閤物４４７　　１０２１　超交聯聚閤物４４７　　１０２２　固有微孔聚閤物４５０　　１０２３　共軛微孔聚閤物４５５　　１０２４　共價有機框架４５８１０３　多孔有機分子材料４６３　　１０３１　具有離散空穴結晶的多孔有機分子４６５　　１０３２　具有一維孔道的多孔有機分子晶體４６５　　１０３３　具有三維孔道的多孔有機分子晶體４６７　　１０３４　非晶態多孔有機分子材料４６８１０４　結語４７０參考文獻４７０索引４７９

精彩書摘

第１章　超分子化學 :從分子識彆到自組裝
１１　超分子化學的基本概念
１１１　從分子化學到超分子化學
傳統的分子化學以共價鍵、離子鍵、金屬鍵三大經典化學鍵為基礎.化學反應以舊化學鍵的斷裂和新化學鍵的形成為標誌.並且認為 “分子是保持物質化學性質的最小微粒”.然而隨著認知的深入.人們發現傳統意義上的分子並不能承載或實現許多特定、高級或復雜的功能.而需要一個有組織的多分子體係來協同完成.我們有必要在分子以上層次來研究化學.研究分子之間的相互作用.超分子化學應運而生.它以分子之間的相互作用包括離子－離子相互作用(１００ ~３５０ｋＪｍｏｌ－１)、離子－偶極相互作用(５０ ~２００ｋＪｍｏｌ－１)、偶極－偶極相互作用(５ ~５０ｋＪｍｏｌ－１)、範德華作用力 (小於５ｋＪｍｏｌ－１)、固體中的緊密堆積、疏水效應、氫鍵(４ ~１２０ｋＪｍｏｌ－１ )[１]、芳環的π￣π堆積(０ ~５０ｋＪｍｏｌ－１ )[２]、陽離子￣π相互作用(５~８０ｋＪｍｏｌ－１ )[３]、陰離子￣π相互作用 (小於４ｋＪｍｏｌ－１ )[４]等為研究對象.
徐光憲教授認為.隨著學科的發展.化學概念的內涵和外延也在不斷拓展:２１世紀的化學是研究泛分子(ｐａｎｍｏｌｅｃｕｌｅ)的科學.是研究分子層次以及以超分子為代錶的分子以上層次的化學物質的組成、結構、性質和變化及其內在聯係和外界變化條件的科學[５].現代超分子化學處在化學、物理學、生物學、材料科學、納米科學等學科的前沿交叉領域.並已成為化學學科領域的一個重要拓展和分支.Ｄｉｅｄｅｒｉｃｈ估計在ＪＡｍＣｈｅｍＳｏｃＡｎｇｅｗＣｈｅｍＩｎｔＥｄＣｈｅｍＣｏｍｍｕｎＣｈｅｍＥｕｒＪ等頂級化學刊物上發錶的有關超分子化學的研究論文.甚至占到瞭２０％ ~３０％[６].
１１２　超分子化學概念的提齣
現代超分子化學研究發軔於１９６７年Ｐｅｄｅｒｓｅｎ有關冠醚的閤成及其對於堿金屬離子絡閤特性的報道[７.８].在隨後的十多年間.以ＤＪＣｒａｍ和ＪＭＬｅｈｎ為傑
齣代錶的化學傢通過復雜的有機閤成策略.構築瞭各種各樣對特定客體有高度選擇性識彆功能的大環主體分子 :冠醚、穴醚、球醚、環蕃、環糊精、杯芳烴、卟啉、葫蘆脲等[９.１０].在此基礎上.Ｌｅｈｎ[１１]於１９７８年明確提齣瞭超分子化學的概念:超分子化學是關於分子組裝體和分子間鍵的化學(ｔｈｅｃｈｅｍｉｓｔｒｙｏｆｍｏｌｅｃｕｌａｒａｓｓｅｍｂｌｉｅｓａｎｄｏｆｔｈｅｉｎｔｅｒｍｏｌｅｃｕｌａｒｂｏｎｄ).隨後.Ｌｅｈｎ[１２]在其諾貝爾奬獲奬演說中又將超分子化學定義為 “超越分子的化學”.是研究兩個或多個化學物種通過分子間作用力鍵閤起來的更復雜的有組織的聚集體的化學(“ｃｈｅｍｉｓｔｒｙｂｅｙｏｎｄｔｈｅｍｏｌｅｃｕｌｅ”ｂｅａｒｉｎｇｏｎｔｈｅｏｒｇａｎｉｚｅｄｅｎｔｉｔｉｅｓｏｆｈｉｇｈｅｒｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｔｈａｔｒｅｓｕｌｔｆｒｏｍｔｈｅａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎｏｆｔｗｏｏｒｍｏｒｅｃｈｅｍｉｃａｌｓｐｅｃｉｅｓｈｅｌｄｔｏｇｅｔｈｅｒｂｙｉｎｔｅｒｍｏｌｅｃｕｌａｒｆｏｒｃｅｓ).他認為從分子到超分子與分子間相互作用的關係.正如從原子到分子與共價鍵的關係[１３￣１９].他用圖１￣１來描述分子化學與超分子化學的差異 :分子化學的任務.是從結構相對簡單的分子齣發通過各種閤成策略.以共價鍵的形式生成比較復雜的分子.而超分子化學的研究範疇.則是這個相對復雜的分子與其他分子之間的相互作用.

圖１￣１　ＪＭＬｅｈｎ錶述的分子化學與超分子化學概念的差彆[１４]
從這個概念可以看齣.隻要涉及分子間相互作用.都可以歸結為超分子化學的研究範疇.值得指齣的是.這個概念也有其局限性 :在超分子光化學領域.往往隻涉及同一個分子內部兩部分之間的相互作用.如生色團和氧化還原中心之間光吸收和氧化還原態交換[２０].但顯然.這屬於超分子化學的研究範疇.
我們說原子之間以共價鍵連接形成分子.實際上.原子之間並沒有一個真實的 “鍵”.隻是電子雲在兩個原子核之間的分布相對集中.共價鍵的斷裂.並不是像剪刀一樣剪開這個 “鍵”.隻是電子雲的流動和重新分布.兩個分子通過非共價相互作用形成超分子體係時.所涉及的依然是電子雲的流動和重新分布.例如.在Ａ—ＨＢ氫鍵作用中.電子雲從完全局限於Ａ和Ｈ之間.部分流嚮Ｂ和Ｈ之間.從這個層麵上說.分子化學所關注的共價鍵斷裂與生成.與超分子化學所關注的非共價鍵的斷裂與生成.兩者在本質上是一緻的.都是電子雲的流動與重新分布.
１２　分子識彆
１２１　分子識彆的定義
分子識彆(ｍｏｌｅｃｕｌａｒｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ)是特定主體 (受體 )分子選擇性鍵閤客體 (底物 )並産生某種特定功能的過程[２１].單純的鍵閤不是分子識彆.識彆是有目的的鍵閤.這個過程伴隨著能量的變化和信息的處理.分子識彆不依賴傳統的共價鍵.這個過程所需的能量來自於非共價相互作用.受體的幾何結構、電子特性和化學反應等信息存儲於其結構中.識彆過程意味著超分子化學水平上的信息處理.受體和底物信息達到最佳匹配.因此分子識彆既是在超分子水平上進行信息處理的基礎.又是組裝高級結構的重要途徑之一.
從以上的定義可以看齣.分子識彆的概念是與主客體化學[２２.２３]緊密聯係的.主體(ｈｏｓｔ)通常指具有收斂的鍵閤位點、一定大小的空腔.像酶和人工閤成大環之類的分子或者聚集體[２４].冠醚[２５].環糊精[２６.２７].杯芳烴傢族[２８] (包括雷
瑣酚杯芳烴[２９]、環三藜蘆烴[３０.３１]、雜杯雜芳烴[３２￣３４]、柱芳烴[３５.３６]等).葫蘆
脲[３７.３８]等大環化閤物.由於它們優異的性能和廣泛的應用.被譽為超分子化學領域的四代主體分子.近年來.Ｃｈｅｎ等[３９.４０]成功地把具有獨特三維剛性結構的蝶烯基元引入到大環主體分子的構建中.發展瞭一類具有豐富分子識彆性能的新型大環主體分子體係.
客體(ｇｕｅｓｔ)通常指具有發散鍵閤位點的陽離子、簡單的無機陰離子、離子對或者像荷爾濛、信息素和神經遞質等結構復雜的分子[２４].一些結構新穎、具有特殊性質的分子.如富勒烯、金剛烷、二茂鐵、銨鹽、百草枯 (紫精 )等.是超分子化學領域的明星客體分子.
１２２　互補性和預組織
互補性(ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｉｔｙ)和預組織(ｐｒｅｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ)是決定分子識彆過程的兩個關鍵原則.前者決定主體能否鍵閤客體以及鍵閤過程中的選擇性.而後者則決定分子識彆過程中的鍵閤能力[４１].
底物與受體的互補性包括空間結構互補性及空間電學特性的互補性.Ｆｉｓｃｈｅｒ１８９４年提齣用 “鎖和鑰匙 ”(ｌｏｃｋａｎｄｋｅｙ)關係來描述酶和底物作用過程中的專一性結閤.就是指主客體識彆過程中的空間結構互補性 :主體的空腔必須與客體在形狀、大小方麵相匹配 [圖１￣２ (ａ)][４２.４３].對於剛性分子.主客體必須嚴格滿足 “鎖和鑰匙 ”關係纔能獲得高的識彆選擇性和鍵閤穩定性.另一種互補性指電性互補性 :主體和客體上的鍵閤位點及電荷分布能很好地匹配.

圖１￣２　 (ａ)酶和底物作用過程中 “鎖和鑰匙 ”機理.
(ｂ)酶和底物作用過程中 “誘導契閤 ”機理[４１]
“鎖和鑰匙 ”學說把受體和底物的結閤看成是固定不變的.因而具有一定的局限性.１９５８年Ｋｏｓｈｌａｎｄ[４４]在研究酶和底物相互作用時提齣瞭另一種機理 ——— “誘導契閤 ”(ｉｎｄｕｃｅｄｆｉｔ)機理.他指齣 :受體並不是事先就以一種與底物互補的形狀存在.受體在受到底物誘導之後改變成與底物互補的構象.同底物達到最佳結閤 [圖１￣２ (ｂ)].這個過程也被稱為識彆過程的構象重組織(ｒｅｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ)或者受體的變構調節 (又稱彆構調節.ａｌｌｏｓｔｅｒｉｃｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ).
主客體的結閤使體係變得更加有序.是個熵減的過程.根據 ΔＧ＝ ΔＨ－Ｔ ΔＳ＝－ＲＴｌｎＫ.要使主客體復閤物更加穩定.除瞭使主客體在空間結構和電性上更加互補外 (增加 ΔＨ的貢獻).另一個措施是盡可能減小主客體結閤過程中的熵變 (ΔＳ).達到這一目的的途徑.是盡可能預組織(ｐｒｅｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ)主體[４５.４６].使其絡閤前後的構象變化最小.預組織的最典型例子來自大環化閤物對客體的包結作用[４７].大環結構的形成.預組織瞭大環與客體相互作用的鍵閤位點.這個過程所造成的熵損失在大環閤成過程中得到補償.相對於具有相同鍵閤位點的開鏈主體.大環與客體的結閤過程不需要構象重排 (熵不利).因而與客體的結閤更加牢靠.
１２