資源簡(jiǎn)介

(共42張PPT)
化學(xué)潛伏在暗處，我現(xiàn)在身上穿的全跟化學(xué)有關(guān)，但是它隱藏的很深，你看不到。這就是關(guān)鍵問(wèn)題，化學(xué)并不凸顯，但是它一直在那兒。
法國(guó)化學(xué)家讓·瑪麗·萊恩（Jean Marie Lehn）
配離子 [Cu(NH3)4]2＋ [Zn(CN)4]2－ [AlF6]3－ [Fe(CN)6]4－
中心離子符號(hào)
中心離子電荷數(shù)
配位體
配位數(shù)
看誰(shuí)做得既準(zhǔn)又快
在1987年，由于合成了穴狀配體，唐納德·克拉姆（Donald Cram）讓·瑪麗·萊恩和查爾斯·佩德森（Charles Pedersen）共享了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
超分子
1987年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予了超分子化學(xué)研究方面的三位科學(xué)家
克拉姆(美國(guó))
佩德森(美國(guó))
萊恩(法國(guó))
概 述
A
概念
作用力
大小
兩 特 征
B
分子識(shí)別
自組裝
學(xué)習(xí)目標(biāo)
法國(guó)化學(xué)家讓·瑪麗·萊恩（Jean Marie Lehn）在獲獎(jiǎng)演說(shuō)中曾為超分子化學(xué)作了如下解釋?zhuān)?br/>超分子化學(xué)是研究?jī)煞N以上的化學(xué)物種通過(guò)分子間力相互作用締結(jié)而成的具有特定和功能的超分子體系的科學(xué)。
超分子長(zhǎng)什么樣子？
是如何形成的？
核酸的雙螺旋結(jié)構(gòu)是靠氫鍵來(lái)保持的
這就是所謂的超分子
分子通過(guò)氫鍵相互結(jié)合，形成具有固定組成的一個(gè)分子簇。
資料在線(xiàn)
認(rèn)識(shí)“杯酚”
分離 C60 和 C70
超分子
概 概述
1
1
定義
兩種或兩種以上的分子（包括離子）通過(guò)分子間相互作用形成的分子聚集體
2
粒子間作用力—
非共價(jià)鍵
范德華力 氫鍵 靜電作用
疏水作用
一些分子與金屬離子形成的弱配位鍵
有的是有限的
有的是無(wú)限伸展的
概 概述
1
1
定義
兩種或兩種以上的分子（包括離子）通過(guò)分子間相互作用形成的分子聚集體
2
粒子間作用力—
非共價(jià)鍵
范德華力 氫鍵 靜電作用
3
大小
有限的或無(wú)限伸展的
超分子有何特征及應(yīng)用？
分離 C60 和 C70
C70
C60
超分子
C60
C70
C70
C60
甲苯
過(guò)濾
甲苯
超分子
C60
濾液
濾渣
氯仿
濾液
氯仿
濾渣
這個(gè)例子反映出來(lái)的超分子的特性被稱(chēng)為“分子識(shí)別”。
特征與應(yīng)用
2
分子識(shí)別
分離 C60 和 C70
交流討論
如何分離C70和甲苯？
如何分離杯酚和氯仿？
C70易溶于甲苯，杯酚不溶于甲苯？
杯酚易溶于氯仿，C60不溶于氯仿？
蒸餾
相似相溶
化合物2與LiCl的晶體結(jié)構(gòu)（左）及 化合物3與LiCl的晶體結(jié)構(gòu)（右）
鋰元素回收方法最新探索
——利用超分子相互作用從固體、液體中提取鋰
離子受體的結(jié)構(gòu)式
化合物2能容納LiCl、NaCl、KCl及CsCl分子，
而化合物3則只能容納LiCl分子。
在過(guò)去20年里，全世界對(duì)鋰的需求呈爆炸性增長(zhǎng)，這主要是因?yàn)殇囋卦阡囯x子電池等現(xiàn)代材料中扮演者不可或缺的角色。然而，地球上鋰元素的含量是有限的。有學(xué)者預(yù)測(cè)，以現(xiàn)有的趨勢(shì)消耗下去，鋰元素的供給平衡將在2023年被打破，到時(shí)便會(huì)出現(xiàn)全球性的鋰短缺現(xiàn)象。與鋰元素消耗的趨勢(shì)相比，鋰資源的回收則顯得微不足道。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年回收的鋰還不到消耗的1%。
觀(guān)察與思考
冠
醚
是分子中含有多個(gè)“氧-亞甲基”-結(jié)構(gòu)單元的大環(huán)多醚
皇冠狀的分子
資料在線(xiàn)
冠醚
命名方法
12-冠-4
15-冠-5
C 原子：2×5＝10 O 原子：5
10 + 5＝15
O 原子：5
把環(huán)上所含C、O原子的總數(shù)標(biāo)注在“冠”字之前，把其中所含氧原子數(shù)標(biāo)注在“冠”之后。
觀(guān)察與思考
冠醚有不同大小的空穴，能與陽(yáng)離子，尤其是堿金屬離子絡(luò)合，并隨環(huán)的大小不同而與不同的金屬離子絡(luò)合，利用此性質(zhì)可以識(shí)別堿金屬離子。
冠醚的空穴結(jié)構(gòu)對(duì)離子有選擇作用
冠醚靠什么原子吸引陽(yáng)離子？
思考﹒ 討論
C 原子是環(huán)的骨架，穩(wěn)定了整個(gè)冠醚
O原子吸引陽(yáng)離子
冠醚 冠醚空腔直徑/pm 合適的粒子（直徑/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）
感受﹒ 理解
堿金屬離子或大或小，猜想冠醚是如何識(shí)別它們的？
K+直徑為276 pm，應(yīng)該選擇哪種冠醚呢？
冠醚環(huán)的大小與金屬離子匹配，才能識(shí)別
冠醚 適合的粒子（直徑/pm）
12-冠-4 15-冠-5 18-冠-6 21-冠-7 Li+
Na+
K+
Rb+
Cs+
冠醚與金屬陽(yáng)離子通過(guò)配位作用相結(jié)合，不同大小的冠醚可以識(shí)別不同大小的堿金屬離子。
K+
相轉(zhuǎn)移催化劑
問(wèn)題背景：
高錳酸鉀溶液可以氧化甲苯，從而褪色。
但是高錳酸鉀溶解在水中，難溶于甲苯，難以和甲苯充分接觸。
探究﹒ 拓展
冠醚環(huán)的大小與金屬離子匹配，將陽(yáng)離子以及對(duì)應(yīng)的陰離子(MnO4－)都帶入有機(jī)溶劑，使游離的高錳酸根反應(yīng)活性很高，從而快速發(fā)生反應(yīng)。
MnO4－
KMnO4 ＋
甲苯中冠醚的濃度 褪色時(shí)間
30 g/L 5 min不褪色
60 g/L 5 min明顯褪色
120 g/L 4.5 min明顯褪色
溶有18-冠-6的甲苯與高錳酸鉀水溶液反應(yīng)
K+ MnO4－
甲苯
MnO4－
特征與應(yīng)用
2
分子識(shí)別
分離 C60 和 C70
冠醚識(shí)別堿金屬離子
通過(guò)可控自組裝構(gòu)筑超分子
超分子組裝的過(guò)程稱(chēng)為分子自組裝（Molecular self-assembly)
自組裝過(guò)程（Self-organization)是使超分子產(chǎn)生高度有序的過(guò)程。
特征與應(yīng)用
2
分子識(shí)別
分離 C60 和 C70
冠醚識(shí)別堿金屬離子
分子自組裝
操作規(guī)范否
自組裝
2016年索瓦日、斯托達(dá)特、費(fèi)林加，因其在分子機(jī)器方面的貢獻(xiàn)獲得超分子領(lǐng)域的第二次諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)
2020年，我國(guó)博士后王振元：
潛心創(chuàng)新，成功開(kāi)發(fā)出超分子生物
催化技術(shù)，打破了國(guó)外巨頭在化妝
品高端原料市場(chǎng)的壟斷地位。
【工匠精神】
通過(guò)對(duì)超分子研究，人們可以模擬生物系統(tǒng)，復(fù)制出一些新材料，如：新催化劑、新藥物、分子器件、生物傳感器等功能材料。
超分子的未來(lái)發(fā)展
這節(jié)課我學(xué)到了什么？
（用一句話(huà)表示）
還有什么疑問(wèn)？
課堂小結(jié)
課堂小結(jié)
超分子
超分子
概念
兩種或兩種以上的分子（包括離子）通過(guò)分子間相互作用形成的分子聚集體
作用力
范德華力 氫鍵 靜電作用
大小
有限的或無(wú)限伸展的
特征
分子識(shí)別
自組裝
利用超分子可分離C60和C70.將C60、C70混合物加入一種空腔大小適配C60的“杯酚”中進(jìn)行分離的流程如圖。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是
A．第一電離能：C＜O
B．杯酚分子中存在大π鍵
C．杯酚與C60形成氫鍵
D．C60與金剛石晶體類(lèi)型不同
小試身手
科學(xué)家發(fā)現(xiàn)“杯酚”能與C60形成超分子，從而識(shí)別C60和C60 ，下列 說(shuō)法正確的是
A．“杯酚”中的8個(gè)羥基之間能形成氫鍵
B．“杯酚”與C60之間通過(guò)共價(jià)鍵形成超分子
C．溶劑氯仿和甲苯均為極性分子
D．“杯酚”不能與C70形成包合物是由于C70是非極性分子
考考你自己
超分子化學(xué)已逐漸擴(kuò)展到化學(xué)的各個(gè)分支，還擴(kuò)展到生命科學(xué)和物理學(xué)等領(lǐng)域。由Mo將2個(gè)C60分子、2個(gè)p-甲酸丁酯吡啶及2個(gè)CO分子利用配位鍵自組裝的超分子結(jié)構(gòu)如圖所示：
（1）Mo處于第五周期第ⅥB族，價(jià)電子排布與Cr相似，它的基態(tài)價(jià)電子排布式是　　　；核外未成對(duì)電子數(shù)是　 個(gè)。
（2）該超分子中存在的化學(xué)鍵類(lèi)型有　　。
A. σ鍵 B. π鍵 C. 離子鍵 D. 氫鍵
（3）該超分子中配體CO提供孤電子對(duì)的原子是 　(填元素符號(hào))，p-甲酸丁酯吡啶配體中C原子的雜化方式有　 　 。
p-甲酸丁酯吡啶配體
sp2和sp3
超分子簡(jiǎn)介_(kāi)化學(xué)自習(xí)室（沒(méi)有學(xué)不到的高中化學(xué)知識(shí)！） ()
看誰(shuí)做得既準(zhǔn)又快
4d55s1
6
AB
C

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