超分子 【知识精讲架构+备课精研精梳】 高二化学课件（人教版2019选择性必修2）

网科学第四节 配合物与超分子 第二课时 超分子 第三章 晶体结构与性质DNADNA碱基配对碱基配对双螺旋双螺旋DNADNA的两条分子链是通过什么结合的？的两条分子链是通过什么结合的？二、超二、超分子分子常见的常见的DNADNA碱基配对碱基配对结构结构A TA TG CG CDNADNA碱基对是通过碱基对是通过氢键氢键相互识别并结合的相互识别并结合的DNADNA碱基配对碱基配对二、超二、超分子分子氢键氢键DNADNA碱基配对碱基配对二、超二、超分子分子氢键氢键是最强的分子间相互作用，很多分子可以通过氢键相互结合，是最强的分子间相互作用，很多分子可以通过氢键相互结合，形成形成具有固定组成的一个分子簇具有固定组成的一个分子簇，这就是所谓的，这就是所谓的超分子超分子。1.概概 念念:由由两种或两种以上的两种或两种以上的分子分子(包括离子包括离子)通过通过分子间相互作用分子间相互作用形成的形成的分子聚集体分子聚集体。2.微粒间作用力微粒间作用力主要是主要是静电作用静电作用、范德华力范德华力、氢键氢键、疏水作用、疏水作用以及一些分子与金属离子形成的以及一些分子与金属离子形成的弱配位键弱配位键等等。二、超二、超分子分子注意：注意：超超分子定义中的分子是广义的，包括离子。分子定义中的分子是广义的，包括离子。神奇的超分子，借分子间作神奇的超分子，借分子间作用力形成复杂的组织结构用力形成复杂的组织结构非共价键非共价键分子分子聚集体有的是聚集体有的是有限的有限的，有的是，有的是无限伸展的无限伸展的。二、超二、超分子分子3.分子聚集体分子聚集体大小大小：有的是有限的有的是有限的有的是无限伸展的有的是无限伸展的4.重要特征及其应用重要特征及其应用二、超二、超分子分子分子识别分子识别：a.“杯酚杯酚”分离分离 C60 和和 C70P984.重要特征及其应用重要特征及其应用 a.“杯酚杯酚”分离分离 C60 和和 C70 C60 C70这个例子反映出来的超分子的特性被称为这个例子反映出来的超分子的特性被称为“分子识别分子识别”。二、超二、超分子分子分子识别分子识别：杯酚与杯酚与C C6060通过通过范德华力范德华力相结合，相结合，通过通过尺寸匹配尺寸匹配实现实现分子识别分子识别 b.“冠醚冠醚”识别识别碱金属离子碱金属离子二、超二、超分子分子4.重要特征及其应用重要特征及其应用 分子识别分子识别：P98 b.“冠醚冠醚”识别识别碱金属离子碱金属离子4.重要特征及其应用重要特征及其应用 分子识别分子识别：二、超二、超分子分子冠醚，是分子中含有多个冠醚，是分子中含有多个-氧氧-亚亚甲基甲基(CH(CH2 2)-)-结构单元的大环多醚结构单元的大环多醚。15-冠-5猜想这些名称的含义猜想这些名称的含义12-冠-4C 原子：原子：8 O 原子：原子：4环环上总原子数：上总原子数：8+4=12C 原子：原子：10 O 原子：原子：5环环上总原子数：上总原子数：10+5=15冠醚冠醚是皇冠状的分子，是皇冠状的分子，有不同大小的空穴有不同大小的空穴，能与正离子，尤其是碱金属离子能与正离子，尤其是碱金属离子络络合合 b.“冠醚冠醚”识别识别碱金属离子碱金属离子4.重要特征及其应用重要特征及其应用 分子识别分子识别：二、超二、超分子分子思考：冠醚靠什么原子吸引阳离子？思考：冠醚靠什么原子吸引阳离子？C C 原子是环的骨架，稳定了整个冠醚，原子是环的骨架，稳定了整个冠醚，O O 原子吸引阳离子。原子吸引阳离子。冠醚与金属阳离子通过冠醚与金属阳离子通过配位配位作用作用相相结合形成结合形成超分子超分子冠醚冠醚空腔直径/pm适合的粒子(直径/pm)12-冠-415-冠-518-冠-621-冠-7120150170220260320340430Li（152）Na（204）K（276）Rb（304）Cs（334）P99 表3-6 冠醚识别钾离子 b.“冠醚冠醚”识别识别碱金属离子碱金属离子4.重要特征及其应用重要特征及其应用 分子识别分子识别：二、超二、超分子分子不同冠醚的不同冠醚的空腔尺寸空腔尺寸不同，与不同的阳离子相匹配，从而实现不同，与不同的阳离子相匹配，从而实现选择性结合选择性结合。Li+Na+K+超分子的实例超分子的实例应用应用举例：举例：相转移催化剂相转移催化剂问题背景问题背景：高锰酸钾高锰酸钾溶液可以氧化溶液可以氧化甲苯甲苯，从而从而褪色褪色。冠醚识别碱金属离子的冠醚识别碱金属离子的应用应用但是但是高锰酸钾易溶于水，难高锰酸钾易溶于水，难溶于溶于甲苯，难以和甲苯充分接触。甲苯，难以和甲苯充分接触。甲苯甲苯K K+MnOMnO4 4甲苯甲苯中中冠醚的浓度冠醚的浓度褪色时间褪色时间30 g/L30 g/L5 5 minmin不褪色不褪色60 g/L60 g/L5 5 minmin明显褪色明显褪色120 g/L120 g/L4.54.5 minmin明显褪色明显褪色溶有溶有18-18-冠冠-6-6的甲苯的甲苯与高锰酸钾水溶液反应与高锰酸钾水溶液反应资料卡片资料卡片MnOMnO4 4-K K+冠醚能与阳离子尤其是碱金属阳离子作用，冠醚能与阳离子尤其是碱金属阳离子作用，将阳离子以及对应的将阳离子以及对应的阴离子都带入有机溶剂，因而成为有机反应中很好的催化剂。阴离子都带入有机溶剂，因而成为有机反应中很好的催化剂。甲苯甲苯K K+MnOMnO4 4“杯酚杯酚”与冠醚与冠醚形成的超分子，虽然识别的分子、离子不同，但环状形成的超分子，虽然识别的分子、离子不同，但环状结构异曲同工，且尺寸可控。结构异曲同工，且尺寸可控。19871987年，诺贝尔化学奖授予三位化学家，以表彰他们在超分子化学理年，诺贝尔化学奖授予三位化学家，以表彰他们在超分子化学理论方面的开创性工作，这是人类在论方面的开创性工作，这是人类在操控分子操控分子方面迈出的重要一步。方面迈出的重要一步。超超分子自组装分子自组装超分子组装的过程称为分子超分子组装的过程称为分子自组装，自组装，自组装过程是自组装过程是使超分子产生高度有序的过程使超分子产生高度有序的过程。4.重要特征及其应用重要特征及其应用二、超二、超分子分子K+K+超分子的自组装超分子的自组装参与形成超分子的主客体分子，能够自发地形成有序结构，参与形成超分子的主客体分子，能够自发地形成有序结构，这一特性被称为这一特性被称为“自组装自组装”。超分子的自组装超分子的自组装纯水纯水 洗涤灵洗涤灵 胶束胶束超超分子自组装分子自组装4.重要特征及其应用重要特征及其应用二、超二、超分子分子表面活性剂表面活性剂第二第二章章 第三节第三节 分子结构与物质性质分子结构与物质性质P53 从从分子结构上说，也可以叫分子结构上说，也可以叫“两亲分子两亲分子”，硬脂酸根（传统肥皂的有效成分之一）硬脂酸根（传统肥皂的有效成分之一）十二烷基苯磺酸根十二烷基苯磺酸根（合成洗涤剂中常用的表面活性剂）（合成洗涤剂中常用的表面活性剂）一端为亲水基团，另一端为疏水基团。一端为亲水基团，另一端为疏水基团。u表面活性剂表面活性剂：亲水基团亲水基团疏水基团疏水基团亲水基团亲水基团低浓度时，优先在溶液表面形成单分子层，降低表面张力。低浓度时，优先在溶液表面形成单分子层，降低表面张力。高浓度高浓度时，时，剩余的表面活性剂在溶液中形成剩余的表面活性剂在溶液中形成胶束胶束。相似相溶相似相溶亲水端倾向于与水相接触亲水端倾向于与水相接触疏水端倾向于不与水接触，彼此聚集疏水端倾向于不与水接触，彼此聚集P54 第二第二章章 第三节第三节 分子结构与物质性质分子结构与物质性质细胞外部细胞外部磷脂分子磷脂分子双双分分子子层层细胞质细胞质疏水端疏水端亲水端亲水端亲水端亲水端含义：研究超分子的化学叫超分子化学，是一门处于近代化学、材含义：研究超分子的化学叫超分子化学，是一门处于近代化学、材料化学和生命科学交汇点的新兴学科。料化学和生命科学交汇点的新兴学科。应用：在分子识别与人工酶、酶的功能、短肽和环核酸的组装体及应用：在分子识别与人工酶、酶的功能、短肽和环核酸的组装体及其功能等领域有着广阔的其功能等领域有着广阔的应用应用前景。前景。研究领域：环状配体组成的主客体体系；有序的分子聚集体；由两研究领域：环状配体组成的主客体体系；有序的分子聚集体；由两个或两个以上基团用柔性链或刚性链连接而成的超分子化合物。个或两个以上基团用柔性链或刚性链连接而成的超分子化合物。【超分子化学超分子化学】课堂小结超分子的特征之一：分子识别超分子的特征之一：分子识别超分子的特征之二：自组装超分子的特征之二：自组装超分子是由两种或两种以上的超分子是由两种或两种以上的分子（或离子）分子（或离子）通过通过分子间相互作用分子间相互作用形成的分子聚集体形成的分子聚集体深度思考1.冠醚与碱金属离子之间的配位键属于离子键、共价键、氢键还是分子间作用力？提示共价键。共价键。2.冠醚与碱金属离子形成配合物得到的晶体里还有什么粒子，这类晶体是离子晶体、共价晶体还是分子晶体？提示阴离子，离子晶体。阴离子，离子晶体。判断判断正误正误(正确的打正确的打“”，错误的打，错误的打“”)(1)超分子的性质与组成超分子的单个分子的性质相同超分子的性质与组成超分子的单个分子的性质相同。()(2)超分子是相对分子质量很大的有机化合物。超分子是相对分子质量很大的有机化合物。()(3)超分子内部分子可以通过非共价键结合超分子内部分子可以通过非共价键结合。()(4)超超分子都是无限伸展分子都是无限伸展的的。()(5)形成形成超分子的微粒都是超分子的微粒都是分子分子。()(6)超超分子具有分子识别和自组装的分子具有分子识别和自组装的特征特征。()1 1.下列下列有关超分子的说法正确的是有关超分子的说法正确的是()A A.超超分子是如蛋白质一样的大分子分子是如蛋白质一样的大分子B B.超超分子是由小分子通过聚合得到的高分子分子是由小分子通过聚合得到的高分子C C.超超分子是由高分子通过非化学键作用形成的分子聚集体分子是由高分子通过非化学键作用形成的分子聚集体D D.超超分子是由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体分子是由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体D解析：超分子不同于蛋白质、淀粉等大分子，也不同于高分子，超分解析：超分子不同于蛋白质、淀粉等大分子，也不同于高分子，超分子是由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体，子是由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体，故选故选D D。2.2.冠醚冠醚(皇冠状分子皇冠状分子)因具有分子识别能力因具有分子识别能力,成为超分子化学中重要一员。成为超分子化学中重要一员。18-18-冠冠-6-6 是其中的一种是其中的一种,结构如图。下列说法正确的是结构如图。下列说法正确的是()。A.A.该分子是该分子是CHCH3 3OCHOCH3 3的同系物的同系物B.B.该分子中所有原子可能共平面该分子中所有原子可能共平面C.C.该分子含有该分子含有键、极性键、非极性键键、极性键、非极性键D.D.该有机物的最简式与甲醛的分子式相同该有机物的最简式与甲醛的分子式相同C3.3.利用利用分子间作用力形成超分子进行分子间作用力形成超分子进行“分子识别分子识别”，实现分子分离，是，实现分子分离，是超分子化学的重要研究和应用领域。如图表示用超分子化学的重要研究和应用领域。如图表示用“杯酚杯酚”对对C C6060和和C C7070进行进行分离的过程，下列对该过程的说法分离的过程，下列对该过程的说法错误错误的是的是()AA AC C7070能溶于甲苯，能溶于甲苯，C C6060不溶于甲苯不溶于甲苯B BC C6060能与能与“杯酚杯酚”形成超分子形成超分子C CC C7070不能与不能与“杯酚杯酚”形成超分子形成超分子D D“杯酚杯酚”能够循环使用能够循环使用4 4.如如图为图为B B1212单元形成的单元形成的“巨分子巨分子”的部分结构。有关说法的部分结构。有关说法不正确不正确的的是是()()BA AB B1212难溶于水