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第三章
第四節(jié) 配合物與超分子
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第2課時(shí)
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)。
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))
超分子長(zhǎng)什么樣子？
是如何形成的？
這就是所謂的超分子
分子間通過(guò)氫鍵相互結(jié)合，形成具有固定組成的一個(gè)分子簇。
雙螺旋DNA的兩條分子鏈?zhǔn)峭ㄟ^(guò)什么結(jié)合的？
思考討論
DNA堿基對(duì)是通過(guò)氫鍵相互識(shí)別并結(jié)合的
兩種或兩種以上的分子通過(guò)分子間相互作用形成的分子聚集體
1.定義：
2.粒子之間作用：
二、超分子
超分子定義中的分子是廣義的，包括離子。
——非共價(jià)鍵
通過(guò)非共價(jià)鍵結(jié)合，包括氫鍵、范德華力靜電作用等
有限的
無(wú)限伸展的
二、超分子
3.超分子的大小：
有限的或無(wú)限伸展的
超分子有何特征及應(yīng)用？
二、超分子
(1)分子識(shí)別
4.超分子的重要特征及其應(yīng)用：
舉例 1“杯酚”分離 C60 和 C70
1942年奧地利人金克（Zinke）在研究酚醛樹脂的過(guò)程中，由對(duì)叔丁基苯酚與甲醛溶液的反應(yīng)，意外合成了“杯酚”。
“杯酚”一般是由亞甲基橋連苯酚單元所構(gòu)成的大環(huán)化合物。具有大小可調(diào)節(jié)的空腔，可盛不同尺寸的分子或離子。
如何分離 C60 和 C70？
閱讀分離 C60 和 C70的實(shí)驗(yàn)示意圖，尋找該實(shí)驗(yàn)中的超分子？
杯酚與C60通過(guò)范德華力相結(jié)合，通過(guò)尺寸匹配實(shí)現(xiàn)分子識(shí)別
如何分離杯酚和氯仿？
蒸餾
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
冠醚
資料在線
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。
冠醚是皇冠狀的分子，有不同大小的空穴，能與正離子，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，從而實(shí)現(xiàn)選擇性結(jié)合，在有機(jī)反應(yīng)中可作催化劑。
二、超分子
(1)分子識(shí)別
4.超分子的重要特征及其應(yīng)用：
冠醚的空穴結(jié)構(gòu)對(duì)離子有選擇作用
舉例 2冠醚識(shí)別堿金屬離子
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）
K+直徑為276 pm，應(yīng)該選擇哪種冠醚呢？
問(wèn)題：堿金屬離子或大或小，猜想冠醚是如何識(shí)別它們的？
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。
1.冠醚靠什么原子吸引陽(yáng)離子？
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
思考· 討論
2.冠醚與堿金屬離子之間的配位鍵屬于離子鍵、共價(jià)鍵、氫鍵還是分子間作用力？
共價(jià)鍵
思考· 討論
3.冠醚與堿金屬離子形成配合物得到的晶體里還有什么粒子，這類晶體是離子晶體、共價(jià)晶體還是分子晶體？
陰離子
離子晶體
思考· 討論
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。實(shí)驗(yàn)時(shí)需要不斷振蕩，二者才能充分反應(yīng)，溶液褪色
探究· 拓展
實(shí)例分析：相轉(zhuǎn)移催化劑
示例實(shí)驗(yàn)：甲苯與高錳酸鉀溶液的反應(yīng)
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：溶有18-冠-6的甲苯與高錳酸鉀水溶液反應(yīng)
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
實(shí)驗(yàn)改進(jìn)：做上述實(shí)驗(yàn)時(shí)，加入冠醚(18-冠-6)
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：冠醚可以催化這個(gè)反應(yīng)
二、超分子
應(yīng)用：相催化反應(yīng)
4.超分子的重要特征及其應(yīng)用：
MnO4－
二、超分子
4.超分子的重要特征及其應(yīng)用：
18-冠-6的大小與金屬K+離子匹配，將K+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 ＋
K+ MnO4－
甲苯
需振蕩，且很長(zhǎng)時(shí)間才能反應(yīng)
反應(yīng)加快
應(yīng)用：相催化反應(yīng)
二、超分子
(2) 分子自組裝
4.超分子的重要特征及其應(yīng)用：
純水 洗滌靈 膠束
表面活性劑
二、超分子
(2) 分子自組裝
4.超分子的重要特征及其應(yīng)用：
低濃度時(shí)，優(yōu)先在溶液表面形成單分子層，降低表面張力。
高濃度時(shí)，剩余的表面活性劑在溶液中形成膠束。
相似相溶：親水端傾向于與水接觸，疏水端傾向不與水接觸，彼此聚集。
表面活性劑
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
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
課堂小結(jié)
1．下列有關(guān)超分子的說(shuō)法錯(cuò)誤的是
A．超分子是由兩種或多種分子形成的聚集體
B．分子形成超分子的作用可能是分子間作用力
C．超分子具有分子識(shí)別的特性
D．分子以共價(jià)鍵聚合形成超分子
課堂練習(xí)
D
2．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，該超分子中存在的化學(xué)鍵類型有
A．σ鍵、π鍵、離子鍵
B．σ鍵、π鍵、氫鍵
C．σ鍵、π鍵
D．σ鍵、π鍵、離子鍵、氫鍵
C
課堂練習(xí)
3．下列說(shuō)法不正確的是
A．液晶具有液體的流動(dòng)性，在某些物理性質(zhì)方面具有類似晶體的各向異性
B．超分子的特征是分子識(shí)別和分子自組裝
C．電子躍遷時(shí)，會(huì)吸收或放出特定的能量產(chǎn)生原子光譜
D．等離子體基本構(gòu)成粒子只有陰、陽(yáng)離子
D
課堂練習(xí)
4．堿金屬氯化物是典型的離子化合物，NaCl和CsCl的晶胞結(jié)構(gòu)如圖所示。其中的堿金屬離子能夠與冠醚形成超分子。下列說(shuō)法不正確的是
A．在NaCl晶體中，距Na+最近的Na+有12個(gè)
B．CsCl晶體中Cs+周圍緊鄰8個(gè)Cl-
C．堿金屬離子與冠醚通過(guò)離子鍵形成超分子
D．不同空穴尺寸的冠醚可以對(duì)不同堿金屬離子進(jìn)行識(shí)別
C
課堂練習(xí)
5．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)法正確的是
A．杯酚與C60形成氫鍵
B．C60與C70晶體類型不同
C．該分離過(guò)程利用的是超分子的分子識(shí)別特征
D．一個(gè)C60晶胞中含有8個(gè)C60分子
C
課堂練習(xí)

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