资源简介

(共26张PPT)
3.4.2 超分子
核心素养目标
宏观辨识与微观探析
学生能够通过对超分子宏观性质和应用的观察，如冠醚对特定离子的识别与包裹，从微观层面理解超分子中分子间非共价键的作用方式、分子识别原理以及超分子结构与功能的关系，构建起宏观现象与微观结构的联系。
证据推理与模型认知
基于实验现象、理论计算等证据，推理超分子形成过程和稳定性影响因素，建立超分子结构模型。
证据推理与模型认知
通过介绍超分子在药物传输、分子机器等前沿领域的应用，让学生认识到化学科学对社会发展的重大贡献，培养学生严谨认真的科学态度，同时引发学生对超分子技术发展可能带来的社会影响的思考，增强学生的社会责任感。
学习重难点
重点
1.超分子的概念，理解分子间非共价键在超分子形成中的关键作用，能准确判断常见超分子体系中的作用力类型。
2.超分子的重要特征，如分子识别、自组装等，掌握分子识别的原理。
3.常见超分子体系，熟悉其结构特点，能分析它们与客体分子的作用方式及在物质分离、催化、药物载体等方面的应用原理。
难点
从微观层面深入理解分子间非共价键的协同作用对超分子结构和稳定性的影响，涉及到复杂的分子间相互作用能量分析，以及多种作用力同时存在时的竞争与协调关系，较为抽象。
课前导入
在神奇的微观世界里，有一种奇妙的化学体系，它突破了传统分子的概念，展现出独特的魅力，这就是超分子。想象一下，我们生活中有许多巧妙的 “组合”，像拼图，每一块都有独特形状，只有特定的几块才能完美契合，拼出完整图案。在化学微观世界里，超分子就如同这些拼图。今天，就让我们一起走进超分子的奇妙世界，探索它独特的结构、性质和应用。
回顾
完成下表：
配合物 内界 外界 中心粒子 配体 配位原子 配位数
Na3[AlF6] 六氟合铝酸钠
K3[Fe(CN)6] 六氰合铁酸钾
[Ag(NH3)2]OH 氢氧化二氨合银
[Co(NH3)5Cl]Cl2 二氯化一氯五氨合钴
Ni(CO)4 四羰基合镍
[AlF6]3－
Na+
Al3+
F－
F
6
[Fe(CN)6]3－
K+
Fe3+
CN－
C
6
[Ag(NH3)2]+
OH－
Ag+
NH3
N
2
[Co(NH3)5Cl]2+
Cl－
Co3+
Cl－
6
Ni(CO)4
Ni
CO
C
4
NH3
Cl
N
配合物的应用
在生产、生活中的应用
电镀
（铜氨配合物）
胶片显影的定影剂
Na2S2O3
在摄影技术中，配合物起着关键作用。例如，胶片显影时，卤化银与显影剂发生反应，形成银原子，同时过量的卤化银会与硫代硫酸钠（定影剂）形成配合物而溶解，从而使影像固定下来。在电镀行业，配合物用于改善镀层质量。如在镀铜时，使用铜氨配合物溶液，能使镀层更均匀、致密，提高金属制品的耐腐蚀性和美观度。
回顾
在生命体中的应用
血红蛋白
生物体内存在大量重要的配合物。血红蛋白是铁卟啉配合物，它能可逆地结合氧气，在肺部与氧结合，运输到身体各组织释放，为细胞提供氧气进行呼吸作用，保障生命活动的正常运转。许多酶也是金属配合物，像羧肽酶是含锌的配合物，在蛋白质的水解过程中发挥催化作用，促进生物化学反应的高效进行
羧肽酶
配合物的应用
在医学领域中的应用
第二代铂类抗癌药（碳铂）
配合物在药物治疗方面应用广泛。顺铂是一种铂配合物，作为抗癌药物，它能与癌细胞的 DNA 结合，干扰癌细胞的 DNA 复制和转录过程，从而抑制癌细胞的生长和分裂。一些金属配合物还用于放射性药物，比如以放射性锝为中心的配合物，可用于医学成像诊断，帮助医生准确检测疾病。此外，配合物还能用于药物的缓释，通过将药物分子与合适的配体形成配合物，控制药物的释放速度，延长药效，提高药物的治疗效果
放射性锝
超分子
PART 01
1.超分子的定义
基因组中，遗传信息存储在DNA序列中，该遗传信息的传递由互补的含氮碱基序列的存在得到保证。细胞可以通过称为DNA复制的过程简单地复制遗传信息，是生物体发育和正常运作必不可少的生物大分子。
1.超分子的定义
双螺旋DNA的两条分子链是通过什么结合的？
1.超分子的定义
碱基配对：A与T配对，G与C配对
A与T配对：
G与C配对：
通过2个氢键配对
通过3个氢键配对
DNA的双螺旋结构碱基对是通过氢键相互识别并结合的
1.超分子的定义
由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体称为超分子。
此处的分子是广义的，包括离子
有人将其概括为非共价键，有人则将其限于分子间作用力。
有的是有限的，有的是无限的
“非共价键相互作用”主要指范德华力、氢键、疏水作用以及分子与金属离子形成的弱配位键等。其中，金属离子形成的弱配位键属于金属-偶极相互作用。
2.分子识别
（1）“杯酚”分离C60和C70，如图所示。
杯酚与C60通过范德华力相结合，通过尺寸匹配实现分子识别。
2.分子识别
（2）冠醚识别碱金属离子。不同大小的冠醚可以识别不同大小的碱金属离子。
C 原子：2×5 = 10 O 原子：5
10 + 5 = 15
C 原子：2×4 = 8 O 原子：4
8 + 4 = 12
15-冠-5
12-冠-4
冠醚是皇冠状的分子，有不同大小的空穴，能与正离子，尤其是碱金属离子络合，并随环的大小不同而与不同的金属离子络合，利用此性质可以识别碱金属离子
2.分子识别
冠醚，是分子中含有多个-氧-亚甲基-结构单元的大环多醚。冠醚的空穴结构对离子有选择作用，不同冠醚的空腔尺寸不同，与不同的阳离子相匹配(配位作用)，从而实现选择性结合(识别不同大小的碱金属离子)，在有机反应中可作催化剂。
冠醚 冠醚空腔直径/pm 合适的粒子(直径/pm)
12-冠-4 120～150 Li+(152)
15-冠-5 170～220 Na+(204)
18-冠-6 260～320 K+(276)Rb+(304)
21-冠-7 340～430 Cs+(334)
3.超分子化学
细胞外部
磷脂分子
双分子层
细胞质
疏水端
亲水端
亲水端
细胞膜的两侧都是水溶液，水是极性分子，而构成膜的两性分子的头基是极性基团而尾基是非极性基团。头基为亲水基团，头部会朝向水溶液一侧，从而实现自组装。
从分子结构上说，也可以叫“两亲分子”，分子的一端有极性，称为亲水基团，分子的另一端没有或者几乎没有极性，称为疏水基团。
超分子有序体——表面活性剂
3.超分子化学
3.超分子化学
表面活性剂在水中会形成亲水基团向外、疏水基团向内的胶束。由于油渍等污垢是疏水的，会被包裹在胶束内腔，这就是肥皂和洗涤剂的去污原理。
硬脂酸根（有效成分之一）
十二烷基苯磺酸根（常用的表面活性剂）
超分子有序体——表面活性剂
3.超分子化学
超分子有序体——表面活性剂
这些分子之所以称为表面活性剂，是由于它们会分散在水的液体表面形成一层疏水基团朝向空气的单分子层，又称单分子膜，从而大大降低水的表面张力。高浓度时，剩余的表面活性剂在溶液中形成胶束。
烷基磺
酸根离子
胶束
表面活性剂在水的
表面形成单分子层
3.超分子化学
亲水端倾向于与水相接触
疏水端倾向于不与水接触，彼此聚集
相似相溶
3.超分子化学
含义：研究超分子的化学叫超分子化学，是一门处于近代化学、材料化学和生命科学交汇点的新型学科。
研究领域：环状配体整的主客体体系；有序的分子聚集体；由两个或两个以上基团用柔性链或刚性链连接而成的超分子化合物。
应用：在分子识别与人工酶、酶的功能、短肽和环核酸的组装体及其功能等领域有着广阔的应用前景。
超分子化学的发展不仅与大环化学（冠醚、穴醚、环糊精、杯芳烃、C60等）的发展密切相连，而且与分子自组装（双分子膜、胶束、DNA双螺旋等）、分子器件和新型有机材料的研究息息相关。
随堂训练
1．下列有关超分子的说法错误的是（ ）
A．超分子是由两种或多种分子形成的聚集体
B．分子形成超分子的作用可能是分子间作用力
C．超分子具有分子识别的特性
D．分子以共价键聚合形成超分子
D
随堂训练
2．超分子化学已逐渐扩展到化学的各个分支，还扩展到生命科学和物理学等领域。由Mo将2个C60分子、2个p-甲酸丁酯吡啶及2个CO分子利用配位键自组装的超分子结构如图所示，该超分子中存在的化学键类型有（ ）
A．σ键、π键、离子键
B．σ键、π键、氢键
C．σ键、π键
D．σ键、π键、离子键、氢键
C
随堂训练
3．碱金属氯化物是典型的离子化合物，NaCl和CsCl的晶胞结构如图所示。其中的碱金属离子能够与冠醚形成超分子。下列说法不正确的是（ ）
A．在NaCl晶体中，距Na+最近的Na+有12个
B．CsCl晶体中Cs+周围紧邻8个Cl-
C．碱金属离子与冠醚通过离子键形成超分子
D．不同空穴尺寸的冠醚可以对不同碱金属离子进行识别
C
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