超分子化學的發(fā)展和前景課件

1、超分子化學的發(fā)展和前景1 超分子化學的發(fā)展 超分子化學是一個處于近代化學、材料科學和生命科學交匯點的新興的跨學科的研究領(lǐng)域。它淡化了有機化學、無機化學、生物化學和材料科學之間的界限，著重強調(diào)具有特定結(jié)構(gòu)和功能的超分子體系，為分子器件、材料科學和生命科學的發(fā)展開辟了一條嶄新的道路，是二十一世紀化學發(fā)展的一個重要方向。 超分子化學的發(fā)展不僅與大環(huán)化學（冠醚、穴醚、環(huán)糊精、杯芳烴等）的發(fā)展密切相聯(lián)。而且與分子自組裝（雙分子膜、膠束、DNA雙螺旋等）、分子器件和新穎有機材料的研究息息相關(guān)。1.1 分子識別 超分子體系中主體（受體）與客體（底物）間通過非共價鍵相互作用選擇性鍵合的過程，通常稱為分子識別。

2、迄今為止，環(huán)糊精及其衍生物對各種客體分子識別機制的研究做為超分子化學領(lǐng)域一個重要組成部分已經(jīng)得到了廣泛而深入的開展。 分子識別通過變換和易位過程產(chǎn)生催化作用，在生物體系中是理解酶反應、信息傳遞和不同介質(zhì)間物種能量轉(zhuǎn)移現(xiàn)象的信息來源，在分析化學領(lǐng)域，則是構(gòu)成分離、檢測和定量測定的基礎(chǔ)。 環(huán)糊精對底物的識別作用源于其空腔的尺寸、疏水性和手性，在水溶液中與客體分子形成配合物時，存在著以下幾種分子間相互作用：（1）疏水作用；（2）范德華力；（3）靜電作用；（4）氫鍵；（5）構(gòu)象張力的釋放；（6）結(jié)合底物后，環(huán)糊精空腔高能水的釋放。 在超分子化學領(lǐng)域，有機硒或碲修飾的環(huán)糊精占據(jù)了比較突出的位置。羅貴民等

3、人合成了2-或6-位硒化-CD作為GPx模擬物，發(fā)現(xiàn)它們表現(xiàn)出良好的GPx活性，其生物活性是著名GPx模擬物Ebselen的4.3倍以上。 環(huán)糊精作為分子識別材料有以下用途：構(gòu)筑色譜分離固定相、構(gòu)筑毛細管電泳手性選擇劑、構(gòu)筑固相萃取吸附劑、構(gòu)筑傳感器的敏感元件。1.2 分子自組裝 分子自組裝是超分子化學的重要研究內(nèi)容之一。分子自組裝是指由小的分子建筑塊通過氫鍵、金屬配位、- 作用、陽離子- 作用、CH- 作用、范德華力和溶劑化等非共價鍵弱相互作用力的協(xié)同作用自發(fā)形成的具有一定結(jié)構(gòu)和功能的超分子有序聚集體的過程。 自組裝方法主要是接枝、旋涂、化學吸附、分子沉積、慢蒸發(fā)溶劑等成膜，近幾年導向自組裝

4、、分子識別、 模板自組裝等紛紛涌現(xiàn)。 杯芳烴分子自組裝研究涉及到氫鍵自組裝、分子識別自組裝、界面自組裝、晶體狀態(tài)自組裝、膠束以及囊泡的形成等諸多方面。1.3 超分子化學的應用1.3.1 超分子化學藥物 超分子化學藥物具有良好的安全性、低毒性、不良反應少、高生物利用度、藥物靶向性強、耐藥性小、生物相溶性好、高療效以及其開發(fā)成本低、周期短、成功可能性大等諸多優(yōu)點。 王光舟等依據(jù)蒽類化合物的研究和開發(fā)現(xiàn)狀，設(shè)計合成了新型蒽硝基咪唑化合物，并研究了蒽硝基咪唑與抗菌藥物依諾沙星的超分子作用，從而提高了其藥理活性。1.3.2 超分子催化 環(huán)糊精分子可表現(xiàn)出某些路易斯堿的性質(zhì)，對許多有機反應具有催化作用。利

5、用環(huán)糊精在水相中構(gòu)筑納米反應器，控制反應方向已顯示出良好的前景。 近年來開始出現(xiàn)了運用 -環(huán)糊精來催化液相有機合成的相關(guān)報道，所應用的反應涉及開環(huán)、脫保護、保護、氧化、還原、加成、置換等。 條件溫和、簡單、高效和環(huán)境友好，給有機和醫(yī)藥重要的中間體氨基醇的合成提供了一種新的合成方法. Reddy 等在-環(huán)糊精水溶液體系中以硫代苯酚為親核劑試，常溫下實現(xiàn)了硫雜環(huán)丙烷的水解開環(huán)，產(chǎn)物收率為 80%90%。該方法簡單，收率高，無聚合現(xiàn)象，環(huán)境友好，有應用潛力。 以NaClO 為氧化劑，-環(huán)糊精水溶液體系可有效地將除直鏈烯烴之外的其他烯烴進行環(huán)氧化。1.3.3 可逆超分子觸手 基于環(huán)糊精和偶氮化合物超分

6、子體系在不同光照控制下可以方便地實現(xiàn)包結(jié)和脫包結(jié)作用，定義這樣的體系為“分子觸手”。“分子觸手”能在識別過程中體現(xiàn)人為操縱與控制的作用，將在靶向釋藥、分子機器等領(lǐng)域應用廣泛。 互補雜環(huán) 2,6-雙氨基吡啶和具有脂肪族長鏈的脲的衍生物就是一個很好的例子。研究表明，該純化合物并無液晶性，而1:1 混合物就給出了六角柱型的亞穩(wěn)定液晶相，它的存在是由于互補組分的分子識別取向的締合形成了超分子液晶。1.3.5 化學傳感器 Fang報道的受體1和2，能選擇性地識別四面體結(jié)構(gòu)的PO43-和H2PO4-，而不識別球狀陰離子（Br-）、線性陰離子（SCN-）或平面陰離子（NO3-）。這類受體在傳感器方面具有很好的應用。受體2帶有熒光基團芘基，可作為磷酸酯的選擇性化學傳感器。 Yoshino 等報道了 N-亞芐基苯胺硼鹽 4 位上被NMe2取代氰離子檢測器，有望對 CN-進行及時有效的檢測。 Shiraishi 等報道了香豆素和硫醇共軛體系的汞離子傳感器，該傳感器在pH為212的水溶液中可對汞離子進行選擇性識別。2 超分子化學的前景 超分子化學淡化了有機化學、無機化學、生物化學和材料化學之間的界線，將四大基礎(chǔ)化學有機的融為一體，從而為分子器件、信息科學、材料科學、生命科學、能源科學、環(huán)境科學及醫(yī)藥學的發(fā)展開辟了一