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(共23张PPT)
神奇的超分子，借分子间作用力形成复杂的组织结构
氢键是最强的分子间相互作用，很多分子可以通过氢键相互结合，形成具有固定组成的一个分子簇，这就是所谓的超分子。
核酸的双螺旋结构是靠氢键来保持的
学习
目标
第2课时
超分子
PART
01
PART
02
了解超分子的结构特点
了解从原子、分子、超分子等不同尺度认识物质结构的意义。通过不同聚集状态物质的重要应用,认识化学技术和社会之间的相互关系,培养科学态度和社会责任的核心素养
配合物在生命体中大量存在，对生命活动具有重要意义。另外，配合物尖端技术、医药科学等有着广泛的应用。对生命活动、尖端技术等有着广泛的应用前景的还有超分子等物质。
生命体中超分子体系：
叶绿体中的光系统I蛋白
超分子
概念：
两种或两种以上的分子（包括离子）通过分子间相互作用形成的分子聚集体。
2. 超分子内部分子之间通过非共价键结合。
主要是静电作用、范德华力和氢键以及一些分子与金属离子之间形成的弱配位键。
3. 大小
有的是有限的 有的是无限伸展的
4. 超分子特征 （1）分子识别 （2）自组装
分子识别两种实例 ① “杯酚”分离 C60 和 C70
② 冠醚识别碱金属离子
C60
C70
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
5. 重要特征及其应用——分子识别：分离C60与C70
5. 重要特征及其应用——分子识别：冠醚识别碱金属离子
认识冠醚
15-冠-5
12-冠-4
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
思考：冠醚靠什么原子吸引阳离子？
O 原子吸引阳离子
②冠醚识别碱金属离子的应用
冠醚 冠醚空腔 直径/pm 适合的粒子 （直径/pm）
15-冠-5 18-冠-6 21-冠-7 170~220 260~320 340~430 Na+（204）
冠醚环的大小与金属离子匹配，将阳离子以及对应的阴离子都带入有机溶剂，因而成为有机反应中很好的催化剂。
思考： K+ 直径为276 pm，应该选择哪种冠醚呢？
18-冠醚-6的结构
冠醚与金属阳离子通过配位作用相结合
不同冠醚的空腔尺寸不同，与不同的阳离子相匹配，从而实现选择性结合。
超分子的特征之一：分子识别
深度思考
1.冠醚与碱金属离子之间的配位键属于离子键、共价键、氢键还是分子间作用力？
提示　共价键。
2.冠醚与碱金属离子形成配合物得到的晶体里还有什么粒子，这类晶体是离子晶体、共价晶体还是分子晶体？
提示　阴离子，离子晶体。
KMnO4水溶液对烯烃氧化效果差，在烯烃中加入冠醚时，冠醚通过与K+结合而将高锰酸根也带入烯烃中；而冠醚不与高锰酸根结合，使游离的高锰酸根反应活性很高，从而快速发生反应。
“杯酚”与冠醚形成的超分子，虽然识别的分子、离子不同，但环状结构异曲同工，且尺寸可控。1987 年， 诺贝尔化学奖授予三位化学家，以表彰他们在超分子化学理论方面的开创性工作，这是人类在操控分子方面迈出的重要一步。
5. 重要特征及其应用——自组装（产生高度有序的过程）
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。
2020年，我国博士后王振元：潜心创新，成功开发出超分子生物催化技术，打破了国外巨头在化妆品高端原料市场的垄断地位。
超分子的未来发展：通过对超分子研究，人们可以模拟生物系统，复制出一些新材料，如：新催化剂、新药物、分子器件、生物传感器等功能材料。
超分子有序体
表面活性剂：从分子结构上说，也可以叫“两亲分子”，一端为亲水基团，另一端为疏水基团。
硬脂酸根（传统肥皂的有效成分之一）
十二烷基苯磺酸根
（合成洗涤剂中常用的表面活性剂）
低浓度时，优先在溶液表面形成单分子层，降低表面张力。
高浓度时，剩余的表面活性剂在溶液中形成胶束。
相似相溶
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
【例】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：
(1)Mo处于第五周期第ⅥB族，价电子排布与Cr相似，它的基态价电子排布式是　　　 ；
核外未成对电子数是　 个。
(2)该超分子中存在的化学键类型有　　　。
A. σ键 B. π键 C. 离子键 D. 氢键
(3)该超分子中配体CO提供孤电子对的原子是　　(填元素符号)，p-甲酸丁酯吡啶配体中C原子的杂化方式有　　 　。
p-甲酸丁酯吡啶配体
4d55s1
6
AB
C
sp2和sp3
1. 下列关于超分子的叙述中正确的是(　　)。
A.超分子就是高分子
B.超分子都是无限伸展的
C.形成超分子的微粒都是分子
D.超分子具有分子识别和自组装的特征
D
课堂小练
2.下列关于超分子的说法不正确的是
A.超分子是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。
B.超分子都是无限伸展的
C.冠醚是一种超分子，可以识别碱金属离子
D.细胞和细胞器的双分子膜具有自组装特征
B
3. 下列不能看作超分子的是（ ）
A．两个 DNA 分子链通过氢键结合在一起
B．细胞膜中的磷脂分子的双层膜结构
C．冠醚与金属离子的聚集体
D．所有以氢键结合在一起的分子
D
4. 冠醚(皇冠状分子)因具有分子识别能力,成为超分子化学中重要一员。18-冠-6 是其中的一种,结构如图。下列说法正确的是(　　)。
A.该分子是CH3OCH3的同系物
B.该分子中所有原子可能共平面
C.该分子含有σ键、极性键、非极性键
D.该有机物的最简式与甲醛的分子式相同
5. 下列过程与超分子的分子识别无关的是（ ）
A．两种特定类型的 DNA 分子才会结合
B．淀粉与碘结合变蓝
C．用 12-冠-4 分离 Na+ 中的 Li+
D．杯酚和 C60 形成的超分子在氯仿中解体
D
超分子定义
超分子的结构特点
超分子范围
超分子的特征
课堂小结
超分子的特征之一：分子识别
超分子的特征之二：自组装
超分子是由两种或两种以上的分子（或离子）通过分子间相互作用形成的分子聚集体

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