超分子化学-第六章 自发过程——程序化的超分子体系.ppt

第六章第六章 自发过程自发过程——程序化的超分程序化的超分子体系子体系第一节第一节 自组装和自组织自组装和自组织v自组装自组装（（Self-assembly））Ø通过一些或许多组分的自发连接而朝空间限制的通过一些或许多组分的自发连接而朝空间限制的方向发展，形成在分子、共价键或超分子层次上方向发展，形成在分子、共价键或超分子层次上分立或连续的实体的过程分立或连续的实体的过程Ø超分子自组装指在分子间形成的相对易变的、非超分子自组装指在分子间形成的相对易变的、非共价相互作用（如配位作用、氢键和偶极相互作共价相互作用（如配位作用、氢键和偶极相互作用）控制下的，有限数量的构造子的定向识别的、用）控制下的，有限数量的构造子的定向识别的、自发可逆的结合；包括分子层、膜、胶束、胶体自发可逆的结合；包括分子层、膜、胶束、胶体和液晶和液晶Ø区别于分子自组装区别于分子自组装——合成过程中共价键的形成合成过程中共价键的形成v自组织（自组织（Self-organization））Ø一组相互交叉的、有序的自组装一组相互交叉的、有序的自组装Ø包括自组装实体各构造子之间的包括自组装实体各构造子之间的相互作用，又包括这些作用的综相互作用，又包括这些作用的综合结果（总体行为）合结果（总体行为）Ø要求分子组分含有两个或多个作要求分子组分含有两个或多个作用位点，这样才可能建立多重连用位点，这样才可能建立多重连接，形成同分子组装和杂分子组接，形成同分子组装和杂分子组装装第二节第二节 生物化学自组装生物化学自组装1、、烟草花叶病毒烟草花叶病毒分解组分能精确自组装，并恢复其所有功能，组装过程由氢分解组分能精确自组装，并恢复其所有功能，组装过程由氢键、静电、疏水和其它弱相互作用协同驱动键、静电、疏水和其它弱相互作用协同驱动HIV（人类免（人类免疫缺陷病毒）疫缺陷病毒）2、、DNA双螺旋双螺旋 由核酸碱基对（如鸟嘌呤和胞嘧啶）通过氢键自发组装，由核酸碱基对（如鸟嘌呤和胞嘧啶）通过氢键自发组装，首先形成晶核，然后分级衍生首先形成晶核，然后分级衍生3 3、共价修饰的自组装、共价修饰的自组装第三节第三节 合成体系中的自组装合成体系中的自组装v合成中的模板效应合成中的模板效应v锌卟啉络合锌卟啉络合物自组装物自组装第四节第四节 自组装配位化合物自组装配位化合物v设计原理设计原理Ø在含有过渡金属络合物的在含有过渡金属络合物的分子聚集体内，通过分子聚集体内，通过构筑构筑单元的性质单元的性质可以控制和预可以控制和预测要生成的聚集体的类型测要生成的聚集体的类型Ø位点的性质是位点的性质是汇集汇集的还是的还是发散发散的决定终产物的决定终产物v超分子立方体超分子立方体违背熵平衡，缺少动力学模板违背熵平衡，缺少动力学模板回流回流1个月，非常稳定个月，非常稳定v分子方和分子箱分子方和分子箱向半球杯靠拢向半球杯靠拢 微反应器微反应器三维自组装三维自组装自组装微胶囊自组装微胶囊v金属阵列的自组装金属阵列的自组装第五节第五节 闭合络合物的氢键自组装闭合络合物的氢键自组装v网球与垒球网球与垒球v巨型自组装胶囊巨型自组装胶囊v莲花座状分子莲花座状分子第六节第六节 索烃和轮烷索烃和轮烷v索烃由索烃由2个或多个互锁在一起的环组成，它们之间没有任何个或多个互锁在一起的环组成，它们之间没有任何化学作用化学作用索烃根据互锁索烃根据互锁环数目来命名环数目来命名• 轮烷由一个相轮烷由一个相当直的长分子穿当直的长分子穿越过大环组成越过大环组成线性部分被庞大线性部分被庞大基团终止基团终止v类轮烷类轮烷•轮烷轮烷vππ- -ππ堆积相互作用形成的索烃堆积相互作用形成的索烃双双[2]索烃索烃五环结构五环结构v辅助连接体法合成索烃辅助连接体法合成索烃第七节第七节 螺旋状络合物螺旋状络合物单螺旋络合物单螺旋络合物v双螺旋络合物双螺旋络合物两个金属配位中心两个金属配位中心一旦开始就按程序进行一旦开始就按程序进行[4+4][4+4+4][4+4+4+4][4+4+4+4+4]第八节第八节 催化和自复制体系催化和自复制体系v自组装的终极目标：自组装的终极目标：模拟天然酶的催化模拟天然酶的催化新的天然酶不能的催化新的天然酶不能的催化v自复制自复制C：前体：前体复制体复制体R必须识必须识别和结合至少两别和结合至少两个前体组分，以个前体组分，以促进它们之间的促进它们之间的化学反应，产生化学反应，产生R的复制品的复制品以下部分请自学以下部分请自学 第二章第二章 生命中的超分子化学生命中的超分子化学ü膜电位、膜传输（阳离子）和视锥细胞（视紫红质、膜电位、膜传输（阳离子）和视锥细胞（视紫红质、蓝、绿，光器件）；蓝、绿，光器件）；ü卟啉和四吡咯大环（叶绿素、血红素、钴胺素和卟卟啉和四吡咯大环（叶绿素、血红素、钴胺素和卟啉镍辅酶啉镍辅酶F450））ü神经传递和荷尔蒙、神经传递和荷尔蒙、DNAü生物化学中的自组装生物化学中的自组装 第六章第六章 晶体工程晶体工程Ø晶体中的非共价相互作用晶体中的非共价相互作用Ø晶体生长（晶核、气液界面、晶体生长（晶核、气液界面、手性诱导）手性诱导）Ø晶体解析及结构预测晶体解析及结构预测Ø剑桥晶体数据库剑桥晶体数据库Ø晶体工程设计（氢键等）晶体工程设计（氢键等）第九章第九章 生物模拟生物模拟l模拟酶、酶的特征模拟酶、酶的特征l环糊精作为酶模拟物环糊精作为酶模拟物lATP酶模拟物酶模拟物l金属生物位点（金属生物位点（Zn和和Fe））l血红素类似物血红素类似物l维生素维生素B12模型物模型物第十章第十章 液相界面、液晶和液液相界面、液晶和液相包合物相包合物u液相中的有序性液相中的有序性u表面活性剂表面活性剂u液晶及其分类液晶及其分类u液晶材料、液晶聚合物和液晶液晶材料、液晶聚合物和液晶显示器显示器u液体包合物液体包合物。