資源簡介

(共26張PPT)
3.4.2 超分子
核心素養目標
宏觀辨識與微觀探析
學生能夠通過對超分子宏觀性質和應用的觀察，如冠醚對特定離子的識別與包裹，從微觀層面理解超分子中分子間非共價鍵的作用方式、分子識別原理以及超分子結構與功能的關系，構建起宏觀現象與微觀結構的聯系。
證據推理與模型認知
基于實驗現象、理論計算等證據，推理超分子形成過程和穩定性影響因素，建立超分子結構模型。
證據推理與模型認知
通過介紹超分子在藥物傳輸、分子機器等前沿領域的應用，讓學生認識到化學科學對社會發展的重大貢獻，培養學生嚴謹認真的科學態度，同時引發學生對超分子技術發展可能帶來的社會影響的思考，增強學生的社會責任感。
學習重難點
重點
1.超分子的概念，理解分子間非共價鍵在超分子形成中的關鍵作用，能準確判斷常見超分子體系中的作用力類型。
2.超分子的重要特征，如分子識別、自組裝等，掌握分子識別的原理。
3.常見超分子體系，熟悉其結構特點，能分析它們與客體分子的作用方式及在物質分離、催化、藥物載體等方面的應用原理。
難點
從微觀層面深入理解分子間非共價鍵的協同作用對超分子結構和穩定性的影響，涉及到復雜的分子間相互作用能量分析，以及多種作用力同時存在時的競爭與協調關系，較為抽象。
課前導入
在神奇的微觀世界里，有一種奇妙的化學體系，它突破了傳統分子的概念，展現出獨特的魅力，這就是超分子。想象一下，我們生活中有許多巧妙的 “組合”，像拼圖，每一塊都有獨特形狀，只有特定的幾塊才能完美契合，拼出完整圖案。在化學微觀世界里，超分子就如同這些拼圖。今天，就讓我們一起走進超分子的奇妙世界，探索它獨特的結構、性質和應用。
回顧
完成下表：
配合物 內界 外界 中心粒子 配體 配位原子 配位數
Na3[AlF6] 六氟合鋁酸鈉
K3[Fe(CN)6] 六氰合鐵酸鉀
[Ag(NH3)2]OH 氫氧化二氨合銀
[Co(NH3)5Cl]Cl2 二氯化一氯五氨合鈷
Ni(CO)4 四羰基合鎳
[AlF6]3－
Na+
Al3+
F－
F
6
[Fe(CN)6]3－
K+
Fe3+
CN－
C
6
[Ag(NH3)2]+
OH－
Ag+
NH3
N
2
[Co(NH3)5Cl]2+
Cl－
Co3+
Cl－
6
Ni(CO)4
Ni
CO
C
4
NH3
Cl
N
配合物的應用
在生產、生活中的應用
電鍍
（銅氨配合物）
膠片顯影的定影劑
Na2S2O3
在攝影技術中，配合物起著關鍵作用。例如，膠片顯影時，鹵化銀與顯影劑發生反應，形成銀原子，同時過量的鹵化銀會與硫代硫酸鈉（定影劑）形成配合物而溶解，從而使影像固定下來。在電鍍行業，配合物用于改善鍍層質量。如在鍍銅時，使用銅氨配合物溶液，能使鍍層更均勻、致密，提高金屬制品的耐腐蝕性和美觀度。
回顧
在生命體中的應用
血紅蛋白
生物體內存在大量重要的配合物。血紅蛋白是鐵卟啉配合物，它能可逆地結合氧氣，在肺部與氧結合，運輸到身體各組織釋放，為細胞提供氧氣進行呼吸作用，保障生命活動的正常運轉。許多酶也是金屬配合物，像羧肽酶是含鋅的配合物，在蛋白質的水解過程中發揮催化作用，促進生物化學反應的高效進行
羧肽酶
配合物的應用
在醫學領域中的應用
第二代鉑類抗癌藥（碳鉑）
配合物在藥物治療方面應用廣泛。順鉑是一種鉑配合物，作為抗癌藥物，它能與癌細胞的 DNA 結合，干擾癌細胞的 DNA 復制和轉錄過程，從而抑制癌細胞的生長和分裂。一些金屬配合物還用于放射性藥物，比如以放射性锝為中心的配合物，可用于醫學成像診斷，幫助醫生準確檢測疾病。此外，配合物還能用于藥物的緩釋，通過將藥物分子與合適的配體形成配合物，控制藥物的釋放速度，延長藥效，提高藥物的治療效果
放射性锝
超分子
PART 01
1.超分子的定義
基因組中，遺傳信息存儲在DNA序列中，該遺傳信息的傳遞由互補的含氮堿基序列的存在得到保證。細胞可以通過稱為DNA復制的過程簡單地復制遺傳信息，是生物體發育和正常運作必不可少的生物大分子。
1.超分子的定義
雙螺旋DNA的兩條分子鏈是通過什么結合的？
1.超分子的定義
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結合的
1.超分子的定義
由兩種或兩種以上的分子通過分子間相互作用形成的分子聚集體稱為超分子。
此處的分子是廣義的，包括離子
有人將其概括為非共價鍵，有人則將其限于分子間作用力。
有的是有限的，有的是無限的
“非共價鍵相互作用”主要指范德華力、氫鍵、疏水作用以及分子與金屬離子形成的弱配位鍵等。其中，金屬離子形成的弱配位鍵屬于金屬-偶極相互作用。
2.分子識別
（1）“杯酚”分離C60和C70，如圖所示。
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。
2.分子識別
（2）冠醚識別堿金屬離子。不同大小的冠醚可以識別不同大小的堿金屬離子。
C 原子：2×5 = 10 O 原子：5
10 + 5 = 15
C 原子：2×4 = 8 O 原子：4
8 + 4 = 12
15-冠-5
12-冠-4
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
2.分子識別
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 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)
3.超分子化學
細胞外部
磷脂分子
雙分子層
細胞質
疏水端
親水端
親水端
細胞膜的兩側都是水溶液，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。
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。
超分子有序體——表面活性劑
3.超分子化學
3.超分子化學
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。
硬脂酸根（有效成分之一）
十二烷基苯磺酸根（常用的表面活性劑）
超分子有序體——表面活性劑
3.超分子化學
超分子有序體——表面活性劑
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
3.超分子化學
親水端傾向于與水相接觸
疏水端傾向于不與水接觸，彼此聚集
相似相溶
3.超分子化學
含義：研究超分子的化學叫超分子化學，是一門處于近代化學、材料化學和生命科學交匯點的新型學科。
研究領域：環狀配體整的主客體體系；有序的分子聚集體；由兩個或兩個以上基團用柔性鏈或剛性鏈連接而成的超分子化合物。
應用：在分子識別與人工酶、酶的功能、短肽和環核酸的組裝體及其功能等領域有著廣闊的應用前景。
超分子化學的發展不僅與大環化學（冠醚、穴醚、環糊精、杯芳烴、C60等）的發展密切相連，而且與分子自組裝（雙分子膜、膠束、DNA雙螺旋等）、分子器件和新型有機材料的研究息息相關。
隨堂訓練
1．下列有關超分子的說法錯誤的是（ ）
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．超分子具有分子識別的特性
D．分子以共價鍵聚合形成超分子
D
隨堂訓練
2．超分子化學已逐漸擴展到化學的各個分支，還擴展到生命科學和物理學等領域。由Mo將2個C60分子、2個p-甲酸丁酯吡啶及2個CO分子利用配位鍵自組裝的超分子結構如圖所示，該超分子中存在的化學鍵類型有（ ）
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
隨堂訓練
3．堿金屬氯化物是典型的離子化合物，NaCl和CsCl的晶胞結構如圖所示。其中的堿金屬離子能夠與冠醚形成超分子。下列說法不正確的是（ ）
A．在NaCl晶體中，距Na+最近的Na+有12個
B．CsCl晶體中Cs+周圍緊鄰8個Cl-
C．堿金屬離子與冠醚通過離子鍵形成超分子
D．不同空穴尺寸的冠醚可以對不同堿金屬離子進行識別
C
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