資源簡介

(共23張PPT)
第二節 配合物與超分子　
第2課時 超分子
人教版選擇性必修2
榆次一中 李金虎
學習目標
1．了解超分子的結構特點和性質。
2. 了解超分子與分子的區別、超分子的簡單應用。
學習目標
1．通過學習和理解超分子內容，充分發揮超分子的學科價值意義，開拓學生科學視野，培養學生學習興趣，培養學生的科學態度與社會價值的學科素養。
2. 通過研究超分子的結構與用途，進一步培養學生宏觀辨識與微觀探析的學科素養，強化結構決定性質的化學學科核心思想。
素養目標
情境引入
雙螺旋DNA的兩條分子鏈是通過什么作用結合的？
教學過程
堿基配對：A與T配對，G與C配對
A與T配對：
G與C配對：
通過2個氫鍵配對
通過3個氫鍵配對
DNA的雙螺旋結構堿基對是通過氫鍵相互識別并自主配對的
教學過程
氫鍵是最強的分子間相互作用，很多分子可以通過氫鍵相互結合，形成具有固定組成的一個分子簇，這就是所謂的超分子。
超分子化學是化學學科的前沿課題之一，超分子在生命科學、材料科學、納米技術等領域有著廣泛的應用，超分子化學涉及到許多新的概念和方法，如分子識別、分子組裝、超分子器件等，
教學過程
由兩種或兩種以上的分子(或離子)通過分子間相互作用形成的分子聚集體
一、超分子
1.定義：
分子間相互作用：通過非共價鍵結合，包括氫鍵、靜電作用、疏水作用以及一些分子與金屬離子形成的弱配位鍵等。
2.注意：
（1）超分子定義中的分子是廣義的，包括離子。
（2）超分子有的是有限的，有的是無限伸展的。
有限的超分子
無限伸展的超分子
教學過程
已報道的超分子大環主體有：DNA，冠醚，環糊精，杯芳烴，杯吡咯，杯咔唑，瓜環胡葫蘆脲，柱芳烴等。
冠醚
杯酚
教學過程
二、超分子的重要特征及其應用
1.分子識別
（1）“杯酚”分離C60 和 C70
杯酚與C60通過范德華力相結合，通過尺寸匹配實現分子識別。
教學過程
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合，并隨環的大小不同而與不同的金屬離子絡合，利用此性質可以識別堿金屬離子
1.分子識別
（2）冠醚識別堿金屬離子(如K＋)
12-冠-4
15-冠-5
C 原子：2×5 = 10
O 原子：5
環上的原子數10 + 5 = 15
教學過程
冠醚，是分子中含有多個-氧-亞甲基-結構單元的大環多醚。冠醚的空穴結構對離子有選擇作用，不同冠醚的空腔尺寸不同，與不同的陽離子相匹配(配位作用)，從而實現選擇性結合(識別不同大小的堿金屬離子)，在有機反應中可作催化劑。
冠醚環的大小與金屬離子匹配，才能識別
教學過程
思考1：冠醚通過什么作用力吸引金屬陽離子？
冠醚中含有若干個氧原子，帶有較多孤電子對，容易通過靜電作用與堿金屬離子相互吸引（弱配位鍵）。
思考2：冠醚為什么能定向識別金屬離子？
不同的冠醚空腔尺寸不同，與不同陽離子相匹配時，若陽離子直徑太大，無法裝入空腔，若陽離子直徑太小，作用力不充分，形成的超分子不穩定。
教學過程
思考3：KMnO4水溶液對烯烴氧化效果差，在烯烴中加入冠醚時，氧化能力變強，原因是什么呢？
冠醚通過與K+結合而將高錳酸根也帶入烯烴中；而冠醚不與高錳酸根結合，使游離的高錳酸根反應活性很高，從而快速發生反應。
教學過程
二、超分子的重要特征及其應用
2.分子自組裝
第二章 第三節的“科學·技術·社會”欄表面活性與細胞和細胞器的雙分子膜
超分子組裝的過程稱為分子自組裝，是使超分子產生高度有序的過程。
教學過程
超分子有序體
表面活性劑
從分子結構上說，也可以叫“兩親分子”，分子的一端有極性，稱為親水基團，分子的另一端沒有或者幾乎沒有極性，稱為疏水基團。
教學過程
這些分子之所以稱為表面活性劑，是由于它們會分散在水的液體表面形成一層疏水基團朝向空氣的單分子層，又稱單分子膜，從而大大降低水的表面張力。高濃度時，剩余的表面活性劑在溶液中形成膠束。
烷基磺酸根離子
膠束
表面活性劑在水的表面形成單分子層
表面活性劑在水中會形成親水基團向外、疏水基團向內的膠束。由于油漬等污垢是疏水的，會被包裹在膠束內腔，這就是肥皂和洗滌劑的去污原理。
教學過程
細胞膜兩側為水溶液，水是極性分子，而構成膜的兩性分子的頭基是極性基團，而尾基是非極性基團。頭基為親水基團，頭部會朝向水溶液一側，從而實現自組裝。
細胞和細胞器的雙分子膜
自組裝過程是使超分子產生高度有序的過程
細胞質
疏水端
親水端
親水端
教學過程
2020年，我國博士后王振元：潛心創新，成功開發出超分子生物催化技術，打破了國外巨頭在化妝品高端原料市場的壟斷地位。
通過對超分子研究，人們可以模擬生物系統，復制出一些新材料，如：新催化劑、新藥物、分子器件、生物傳感器等功能材料。
下列關于超分子的說法不正確的是(　　)
A．C70屬于超分子
B．超分子有的是有限的，有的是無限伸展的
C．C60與“杯酚”可通過分子間作用力形成超分子
D．超分子具有“分子識別”“自組裝”兩大重要特征
典例1．
【答案】A　
課堂練習
典例2．
課堂練習
冠醚是由多個二元醇分子之間失水形成的環狀化合物。X、Y、Z是常見的三種冠醚，其結構如圖所示。它們能與堿金屬離子作用，并隨著環的大小不同而與不同金屬離子作用。
(1)Li＋的體積與X的空腔大小相近，恰好能進入X的環內，且Li＋與氧原子的一對孤電子對作用形成穩定結構W(如圖)。
①基態鋰離子核外能量最高的電子所處電子層符號為 ________。
②W中Li＋與孤電子對之間的作用屬于________(填字母)。
A．離子鍵 B．共價鍵 C．配位鍵 D．氫鍵 E．以上都不是
(2)冠醚Y能與K＋形成穩定結構，但不能與Li＋形成穩定結構。理由是________________。
教學過程
(3)烯烴難溶于水，被KMnO4水溶液氧化的效果較差。若烯烴中溶入冠醚Z，氧化效果明顯提升。
①水分子中鍵角________(填“>”“<”或“＝”)109°28′。
②已知：冠醚Z與KMnO4可以發生如圖所示的變化。
加入冠醚Z后，烯烴的氧化效果明顯提升的原因是 。
教學過程
14.答案　(1)①K　②C　
(2)Li＋半徑比Y的空腔小很多，不易與空腔內O原子的孤電子對作用形成穩定結構　
(3)①<　②冠醚Z可溶于烯烴，加入冠醚之中的K＋因靜電作用將MnO4－帶入烯烴中，增大反應物的接觸面積，提高了氧化效果
解析：
(1)①基態鋰離子核外只有1s能級上有電子，為K層上的電子，所以其電子層符號為K。Li＋提空空軌道、O原子提供孤電子對，二者形成配位鍵。②冠醚Y空腔較大，Li＋半徑較小，導致該離子不易與氧原子的孤電子對形成配位鍵，所以得不到穩定結構。(3)①水分子中氧原子的價電子對數是4，根據價層電子對互斥模型判斷水分子價層電子對空間結構為四面體。由于水分子中O原子含有2個孤電子對，孤電子對之間的排斥力較強，導致水分子中鍵角小于109°28′。②根據相似相溶原理知，冠醚Z可溶于烯烴，加入冠醚Z中的K＋因靜電作用將MnO4－帶入烯烴中增，應物的接觸面積，提高了氧化效果。
課堂小結
感 謝 傾 聽　

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