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超分子化学研究进展蒋涛 西南科技大学 材料科学与工程学院 四川 绵阳 621000摘要 文章综述了超分子化学的概念、超分子化合物的分类、超分子化合物的应用，并指出了超分子化合物的研究前景及展望。关键词 超分子化学；超分子化合物；应用 Progress in research on supramolecular chemistryJiang TaoSouthwest University of Science and Technology school of Materials Science and Engineering Mian yang 621000， ChinaAbstract: The paper overviewed the definition of supramolecular chemistry, the classification of supramolecular compounds , application of the supramolecular compound and it points out that the prospects for the study of supramolecular as well as Prospects.Keywords: Supramolecular chemistry ; supramolecular compound ; application1超分子化学的概述1.1超分子化学的概念超分子化学1简言之是研究各个分子间通过非共价键作用形成具有特定功能体系的科学。从而使化学从分子层次扩展到超分子层次。这种分子间相互作用形成的超分子组装体，带给人们许多认识上的飞跃，认识到分子已不再是保持物性的最小单位。也称为超分子化学(supermolecular chemistry)。超分子化学主要研究超分子体系中基元结构的设计和合成体系中弱相互作用。体系的分子识别和组装体系组装体的结构和功能以及超分子材料和器件等等。它是化学和多门学科的交叉领域。它不仅与物理学、材料科学、信息科学、环境科学等相互渗透形成了超分子科学,而更具有重要理论意义和潜在前景的是在生命科学中的研究和应用。例如生物体内小分子和大分子之间高度特异的识别在生命过程中的调控等2。1.2超分子化合物的分类1.2.1杂多酸类超分子化合物3杂多酸是一类金属一氧簇合物, 一般呈笼型结构，是一类优良的受体分子，它可以与无机分子、离子等底物结合形成超分子化合物。作为一类新型电、磁、非线性光学材料极具开发价值，有关新型Keg-gin和Dawson型结构的多酸超分子化合物的合成及功能开发日益受到研究者的关注。杜丹等合成了Dawson型磷钼杂多酸对苯二酚超分子膜及吡啶Dawson型磷钼多酸超分子膜修饰电极，发现该膜电极对抗坏血酸的催化峰电流与其浓度在0. 350. 50mol/ L范围内呈良好的线性关系。靳素荣等合成了钨磷酸/结晶紫超分子化合物，并对其光致变色性质进行了探究， 即合成化合物具有光敏性，漫反射日光即可使其变蓝。王升富等合成了磷钼杂多酸- L-半胱氨酸自组装超分子膜电极，发现该膜电极对酸性溶液中的NO2-有明显的电催化还原作用。毕丽华等合成了多酸超分子化合物，首次发现了杂多酸超分子化合物溶于适当有机溶剂中可表现出近晶相液晶行为。刘术侠等以Dawson型砷钼酸、金刚烷胺为原料合成了超分子化合物( C10H18N)6As2Mo18O62.6CH3CN.8H2O， 该化合物具有可逆的光致变色特性，并提出了一个可能变色机理。1.2.2多胺类超分子化合物3由于二氧四胺体系可有效地稳定如Cu( ) 和Ni( ) 等过渡金属离子的高价氧化态，若二氧四胺与荧光基团相连，则光敏物质荧光的猝灭或增强就与相连的二氧四胺配合物与光敏物质间是否发生电子转移密切相关，即通过金属离子可以调节荧光的猝灭或开启，起到光开关的作用。苏循成等合成了8羟基喹啉取代的二氧四胺大环配体，其中含有2个独立的螯合基团，在适当情况下能分别与金属离子配位。1.2.3卟啉类超分子化合物4 卟啉及其金属配合物、类似物的超分子功能已应用于生物相关物质分析，展示了更加诱人的前景，并将推动超分子络合物在分析化学中应用的深入开展。 1.2.4树状超分子化合物4 树状大分子(dendrimer) 是20世纪80年代中期出现的一类较新的合成高分子。树状阳离子为外层，基于卟啉阴离子与树状阳离子之间静电作用力来组装树状超分子复合物。1.3超分子体系的功能 冠醚、环糊精和杯芳烃等大环化合物都具有穴状结构, 能通过非共价键与离子以及中性分子形成超分子，在化学物质的分离提纯，功能材料的研制及超分子催化方面已表现出了广阔的应用前景，引起了越来越多的化学家对它的重视和研究。超分子体系的主要功能是识别、催化和运输。其中包括超分子体系的识别功能，超分子体系的催化功能，超分子体系的信息传递功能5。2超分子化合物的应用2.1超分子化合物对化学反应的催化 采用较多的就是壳聚糖担载Sn配合物催化金刚烷酮的Baeyer-Villiger氧化反应。陈琴6等以壳聚糖为载体, 合成了两种壳聚糖担载Sn配合物催化剂, 研究了对金刚烷酮Baeyer-Vi-lliger氧化反应的催化性能, 结果表明, 两种配合物均对该氧化反应表现出良好的催化性能。2.2超分子化合物对分子离子的识别主要是2, 2.-苯二氧甲基二苯并咪唑衍生物的阴离子识别，近年来，超分子化学及其应用研究越来越受到科学家的重视，尤其是受体分子的设计合成引起了世界化学家的普遍关注。其中以氢键的非共价键作用而选择性识别阴离子的研究得到了迅猛发展。崔文辉等以2, 2.-苯二氧乙酸为原料， 合成了2, 2.-苯二氧甲基二苯并咪唑类主体分子 7，并研究了其对阴离子的识别，期望能在生命科学和材料科学应用方面更有意义。2.3超分子催化及模拟酶的分析应用 超分子的反应性和催化性，与酶对底物的识别和催化底物参加反应极相似。以模仿天然酶对底物的分子识别和高效催化活性为目的的模拟酶( 或称人工酶) 研究近十多年来是生物化学和有机化学的重要课题，其中对过氧化物模拟酶的分析应用研究特别突出，慈云祥等将氨基酸、蛋白质、核酸，对某些金属卟啉的模拟酶活性的影响加以应用，并结合免疫分析技术，建立模拟酶作示踪物的酶免疫分析方法，或以模拟酶作非放射性探针标记物建立核酸序列分析方法 8。2.4超分子化合物作为分子器件方面的研究分子器件是一种由分子元件组装的体系( 即超分子结构) ，它被设计成为在电子、离子或光子作用下能完成特定功能的体系。刘祁涛9用对苯二甲酸terph为配体，合成了 Cu2( bpy) 2( terph) Cl2.4H2O晶体，其中bpy为2, 2c联吡啶。应用苯三甲酸( TMA) 为配体可以合成 Cu3( TMA) ( H2O)3n 配位超分子晶体，为由配体超分子的途径制造纳米级的孔材料、实现纳米反应器的设想提供了可能。8-羟基喹啉、邻菲咯啉的许多金属配合物都具有荧光，且配合物稳定。把8-羟基喹啉或邻菲咯啉引入大环，由于两者都具有独立的配位功能，可以形成稳定的超分子化合物，并进一步发展为光化学器件。2.5超分子生物体材料超分子生物体材料就是利用生物体的超分子效应，一方厦开发利用天然的、具有超分子体系的蛋白质材料、核酸材料和生物膜材料等；另一方面是设计开发人工生物膜等新材料。研究表明，生命中的超分子现象有：(1)在蛋自质的各级结构中，除了一级结构之外，二、三、四级结构中均存在超分子体系；(2)DNA的双螺旋结构是一个超分子体系，且与生物活性密切相关；(3)RNA的二级结构也存在超分子体系；(4)生物膜的结构具有脂质双亲性螺旋结构，这就是一个天然的溶致液晶结构10。2.6多维结构与特殊功能超分子化学是基于非共价键弱相互作用制备具有复杂和高级有序结构及特殊功能的超分子组装体材料的T具。以碳、硅、氧化物与有机分子、齐聚物、共聚物做构筑基元，通过组装可以构筑纳米点、线、管、带及其阵列以及中空胶囊、核壳微粒、螺旋体、多股螺旋体等，并赋予这些材料以特种功能，且不同的结构在特定条件下可以相互转化，其功能也随之变化。随着人们对分子识别过程中各种作用力本质的逐渐深入理解，人们已经从制备具有特定结构和功能的构筑基元出发来组装具有多维和高级有序结构的复杂超分子体系11。3前景及展望 在与其他学科的交叉融合中超分子化学已发展成了超分子科学，由于超分子学科具有广阔的应用前景和重要的理论意义，超分子化学的研究近十多年来在国际上非常活跃，我国也积极展这方面的研究工作。超分子科学涉及的领域极其广泛，它不仅包括了传统的化学(如无机化学、有机化学、物理化学、分析化学等)，而且还涉及材料科学、信息科学和生命科学等学科。超分子化学的兴起一与发展促进了许多相关学科的发展，也为它们提供了新的机遇。基于超分子化学中的分子识别，通过分子组装等方法构筑的有序超分子体系已展示了电子转移、能量传递、物质传输、化学转换以及光、电、磁和机械运动等多种新颖特征。超分子功能材料及智能器件、分子器件与机器、DNA芯片、导向及程控药物释放与催化抗体、高选择催剂等等，将逐一成为现实。科学界有人预言，分子计算机和生物计算机的实现也将指日可待。在信息科学方面,超分子材料正向传统材料挑战，一旦突破,将带动信息及相关领域的产业技术革命，将对世界经济产生深远的影响12。可以确信，超分子科学已成为2 1世纪新思想、新概念和高新技术的重要源头。参考文献1 李文林，李梅兰. 超分子化学的现状及进展J. 广东化工，2006，36(9): 80-81.2张穗娟，李琼芳，李如芳.关于超分子化学J.广东化工，2004，(6): 35-37.3 张中强，涂华民，葛旭升. 超分子化学的研究和进展J. 河北师范大学学报(自然科学版)，2006,30(4): 454-458.4 李文林，李梅兰. 超分子化学的现状及进展J. 广东化工，2006，36(9): 80-81.5 闫有旺.化学学科的前沿-超分子化学J.化学教学，2003，(11): 32-33.6 崔玉川, 傅涛. 我国水污染及饮用水源中有机污染物的危害 J. 城市环境与城市生态, 1998, 11(3): 23-25.7 HarddellL, YanBavel B, LindstromG, et a.l Concentra-tionsof polyhlorinatedbiphenyls inbloodandthe riskfortesticular cancer J. Int J Andyo,l 2004, 27( 5): 282-290.8 郭忠先，沈含熙.卟啉及其类似物超分子功能的分析应用J. 分析化学，1998，26(2) : 226-233.9 刘祁涛.配位间的相互作用-从配位化学到超分子化学 J .辽宁大学学报(