超分子化学的发展和前景课件.ppt

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1、超分子化学的发展和前景1 超分子化学的发展 超分子化学是一个处于近代化学、材料科学和超分子化学是一个处于近代化学、材料科学和生命科学交汇点的新兴的跨学科的研究领域。它淡化生命科学交汇点的新兴的跨学科的研究领域。它淡化了有机化学、无机化学、生物化学和材料科学之间的了有机化学、无机化学、生物化学和材料科学之间的界限，着重强调具有特定结构和功能的超分子体系，界限，着重强调具有特定结构和功能的超分子体系，为分子器件、材料科学和生命科学的发展开辟了一条为分子器件、材料科学和生命科学的发展开辟了一条崭新的道路，是二十一世纪化学发展的一个重要方向。崭新的道路，是二十一世纪化学发展的一个重要方向。超分子化学的

2、发展不仅与大环化学（冠醚、穴醚、环糊精、杯芳烃等）的发展密切相联。而且与分子自组装（双分子膜、胶束、DNA双螺旋等）、分子器件和新颖有机材料的研究息息相关。1.1 分子识别 超分子体系中主体（受体）与客体（底物）间通过非共价键相互作用选择性键合的过程，通常称为分子识别。迄今为止，环糊精及其衍生物对各种客体分子识别机制的研究做为超分子化学领域一个重要组成部分已经得到了广泛而深入的开展。分子识别通过变换和易位过程产生催化作用，在生物体系中是理解酶反应、信息传递和不同介质间物种能量转移现象的信息来源，在分析化学领域，则是构成分离、检测和定量测定的基础。分子识别在生物体和生命活动中起着关键的作用。生命

3、过程中的分子识别过程正是各种生物功能的分子机制及调控原理的重要基础。环糊精具有一些其它大环化合物没有的内在优势，如良好的水溶性、低毒性和制备简单等，因此在分子识别研究中有广泛应用。近年来 环糊精作为分子识别功能材料,在环境领域有机化学污染物的分离分析方面得到较广泛的研究和应用。环糊精作为分子识别材料有以下用途：构筑色谱分离固定相、构筑毛细管电泳手性选择剂、构筑固相萃取吸附剂、构筑传感器的敏感元件。1.2 分子自组装 分子自组装是超分子化学的重要研究内容之一。分子自组装是指由小的分子建筑块通过氢键、金属配位、-作用、阳离子-作用、CH-作用、范德华力和溶剂化等非共价键弱相互作用力的协同作用自发形

4、成的具有一定结构和功能的超分子有序聚集体的过程。自组装方法主要是接枝、旋涂、化学吸附、分子沉积、慢蒸发溶剂等成膜，近几年导向自组装、分子识别、模板自组装等纷纷涌现。杯芳烃作为一类具有独特结构的超分子主体化合物，基于其分子平台和神奇的可调控洞穴的特性，以及无限的衍生化可能性，已经被作为超分子建筑块进行高级有序功能体系的开发.。杯芳烃分子自组装研究涉及到氢键自组装、分子识别自组装、界面自组装、晶体状态自组装、胶束以及囊泡的形成等诸多方面。1.3 超分子化学的应用1.3.1 超分子化学药物 超分子化学药物具有良好的安全性、低毒性、不良反应少、高生物利用度、药物靶向性强、耐药性小、生物相溶性好、高疗效

5、以及其开发成本低、周期短、成功可能性大等诸多优点。王艳等在对唑类抗微生物药物研究的基础上，选用二苯基呱嗪基团修饰依诺沙星，在C-7位呱嗪环上引入得到了新的依诺沙星衍生物，并将其与抗真菌药氟康唑形成高度活性的超分子抗菌、抗真菌药物，从而彰显超分子药物的形成加宽了抗微生物谱，有利于提高氟康唑和依诺沙星的疗效。王光舟等依据蒽类化合物的研究和开发现状，设计合成了新型蒽硝基咪唑化合物，并研究了蒽硝基咪唑与抗菌药物依诺沙星的超分子作用，从而提高了其药理活性。1.3.2 超分子催化 环糊精分子可表现出某些路易斯碱的性质，对许多有机反应具有催化作用。利用环糊精在水相中构筑纳米反应器，控制反应方向已显示出良好的

6、前景。近年来开始出现了运用-环糊精来催化液相有机合成的相关报道，所应用的反应涉及开环、脱保护、保护、氧化、还原、加成、置换等。条件温和、简单、高效和环境友好，给有机和医药重要的中间体氨基醇的合成提供了一种新的合成方法.Reddy 等在-环糊精水溶液体系中以硫代苯酚为亲核剂试，常温下实现了硫杂环丙烷的水解开环，产物收率为 80%90%。该方法简单，收率高，无聚合现象，环境友好，有应用潜力。以NaClO 为氧化剂，-环糊精水溶液体系可有效地将除直链烯烃之外的其他烯烃进行环氧化。利用水中-环糊精与客体形成的空间结构，Reddy等实现了含有叠氮基团芳香酮的不对称还原，反应收率高（90%96%）。1.3

7、.3 可逆超分子触手 基于环糊精和偶氮化合物超分子体系在不同光照控制下可以方便地实现包结和脱包结作用，定义这样的体系为“分子触手”。“分子触手”能在识别过程中体现人为操纵与控制的作用，将在靶向释药、分子机器等领域应用广泛。1.3.4 超分子液晶材料 用作液晶材料的超分子材料，已取得了许多成果，如超分子侧键液晶高分子、超分子液晶网络和超分子热塑性弹性体等，这些材料都表现出新的特性。具有实用价值的主要有氢键诱导小分子液晶和高分子液晶网络。互补杂环 2,6-双氨基吡啶和具有脂肪族长链的脲的衍生物就是一个很好的例子。研究表明，该纯化合物并无液晶性，而1:1 混合物就给出了六角柱型的亚稳定液晶相，它的存

8、在是由于互补组分的分子识别取向的缔合形成了超分子液晶。1.3.5 化学传感器 Fang报道的受体1和2，能选择性地识别四面体结构的PO43-和H2PO4-，而不识别球状阴离子（Br-）、线性阴离子（SCN-）或平面阴离子（NO3-）。这类受体在传感器方面具有很好的应用。受体2带有荧光基团芘基，可作为磷酸酯的选择性化学传感器。Yoshino 等报道了 N-亚苄基苯胺硼盐 4 位上被NMe2取代氰离子检测器，有望对 CN-进行及时有效的检测。Shiraishi 等报道了香豆素和硫醇共轭体系的汞离子传感器，该传感器在pH为212的水溶液中可对汞离子进行选择性识别。2 超分子化学的前景 超分子化学淡化了有机化学、无机化学、生物化学和材料化学之间的界线，将四大基础化学有机的融为一体，从而为分子器件、信息科学、材料科学、生命科学、能源科学、环境科学及医药学的发展开辟了一条崭新的道路。经过发展，超分子化学已经成为超分子科学，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。谢谢观看！