3.4.2超分子++課件++2024-2025學(xué)年高二下學(xué)期化學(xué)人教版（2019）選擇性必修2

第三章晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第四節(jié)配合物與超分子第2課時(shí)超分子1.了解超分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性質(zhì)3.了解從原子、分子、超分子等不同尺度認(rèn)識(shí)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的意義。通過不同聚集狀態(tài)物質(zhì)的重要應(yīng)用,認(rèn)識(shí)化學(xué)技術(shù)和社會(huì)之間的相互關(guān)系,培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任的核心素養(yǎng)。2.了解超分子識(shí)別與組裝等的應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)觀看視頻：蛋白質(zhì)自組裝形成的超分子結(jié)合視頻，觀察DNA雙螺旋分子鏈，判斷DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)包含有幾個(gè)分子？分子之間依靠什么作用結(jié)合？神奇的超分子，借分子間作用力形成復(fù)雜的組織結(jié)構(gòu)

氫鍵是最強(qiáng)的分子間相互作用，很多分子可以通過氫鍵相互結(jié)合，形成具有固定組成的一個(gè)分子簇，這就是所謂的超分子。核酸的雙螺旋結(jié)構(gòu)是靠氫鍵來保持的

在1987年，由于合成了穴狀配體，唐納德·克拉姆（DonaldCram）讓·瑪麗·萊恩和查爾斯·佩德森（CharlesPedersen）共享了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。超分子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))

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)超分子長(zhǎng)什么樣子？是如何形成的？1.定義：

由兩種或兩種以上的分子（或離子）通過分子間相互作用（或非共價(jià)鍵）形成的分子聚集體。3.大小：

有的是有限的2.作用力：非共價(jià)鍵，主要是范德華力和氫鍵等。一、超分子有的是無限伸展的注意：超分子定義中的分子是廣義的，包括離子。(1)超分子的特性①分子間相互作用：通過非共價(jià)鍵結(jié)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分子聚集體大?。悍肿泳奂w有的是有限的，有的是無限伸展的。（2)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：超分子是組成復(fù)雜的，有組織的分子聚集體，并保持一定的完整性使其具有明確的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀特性。(3)范圍：已報(bào)道的超分子大環(huán)主體有：DNA,冠醚，環(huán)糊精，杯芳烴，杯吡咯，杯咔唑，瓜環(huán)胡葫蘆脲，柱芳烴等。分子層分子團(tuán)簇分子長(zhǎng)鏈注意：思考與討論：超分子有何特征及應(yīng)用？

化合物2與LiCl的晶體結(jié)構(gòu)（左）及化合物3與LiCl的晶體結(jié)構(gòu)（右）鋰元素回收方法最新探索——利用超分子相互作用從固體、液體中提取鋰離子受體的結(jié)構(gòu)式化合物2能容納LiCl、NaCl、KCl及CsCl分子，而化合物3則只能容納LiCl分子。

在過去20年里，全世界對(duì)鋰的需求呈爆炸性增長(zhǎng)，這主要是因?yàn)殇囋卦阡囯x子電池等現(xiàn)代材料中扮演者不可或缺的角色。然而，地球上鋰元素的含量是有限的。有學(xué)者預(yù)測(cè)，以現(xiàn)有的趨勢(shì)消耗下去，鋰元素的供給平衡將在2023年被打破，到時(shí)便會(huì)出現(xiàn)全球性的鋰短缺現(xiàn)象。與鋰元素消耗的趨勢(shì)相比，鋰資源的回收則顯得微不足道。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年回收的鋰還不到消耗的1%。二、超分子的重要特征1.分子識(shí)別（1)分離C60和C70“杯酚”分離C60和C70

C60

C70杯酚與C60通過范德華力相結(jié)合，通過尺寸匹配實(shí)現(xiàn)分子識(shí)別觀察與思考冠醚是分子中含有多個(gè)“氧-亞甲基”-結(jié)構(gòu)單元的大環(huán)多醚皇冠狀的分子

冠醚的命名15-冠-512-冠-4C原子：2×5=10O原子：510+5=15

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。冠醚的空穴結(jié)構(gòu)對(duì)離子有選擇作用資料在線：冠醚靠什么原子吸引陽離子？思考﹒討論C原子是環(huán)的骨架，穩(wěn)定了整個(gè)冠醚O原子吸引陽離子冠醚冠醚空腔直徑/pm適合的粒子(直徑/pm)12-冠-415-冠-518-冠-621-冠-7120~150170~220260~320340~430Li＋（152）Na＋（204）K＋（276）Rb＋（304）Cs＋（334）

表3-6冠醚識(shí)別鉀離子

(2)“冠醚”識(shí)別堿金屬離子不同冠醚的空腔尺寸不同，與不同的陽離子相匹配，從而實(shí)現(xiàn)選擇性結(jié)合。思考與討論1.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？提示共價(jià)鍵。2.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？提示陰離子，離子晶體。應(yīng)用：相轉(zhuǎn)移催化劑問題背景：

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。

冠醚環(huán)的大小與金屬離子匹配，將陽離子以及對(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＋甲苯中冠醚的濃度褪色時(shí)間30g/L5

min不褪色60g/L5

min明顯褪色120g/L4.5

min明顯褪色溶有18-冠-6的甲苯與高錳酸鉀水溶液反應(yīng)K+MnO4－甲苯MnO4－觀看視頻：超分子的自組裝自組裝2.超分子的自組裝參與形成超分子的主客體分子，能夠自發(fā)地形成有序結(jié)構(gòu)，這一特性被稱為“自組裝”。K+K+純水

洗滌靈膠束超分子自組裝的應(yīng)用表面活性劑1.烷基磺酸根離子在水中自組裝為膠束2.表面活性劑在水中自組裝為單分層細(xì)胞外部磷脂分子雙分子層細(xì)胞質(zhì)疏水端親水端親水端3.細(xì)胞和細(xì)胞器的雙分子膜的自組裝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。超分子的未來發(fā)展：通過對(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?！境肿踊瘜W(xué)】含義：研究超分子的化學(xué)叫超分子化學(xué)，是一門處于近代化學(xué)、材料化學(xué)和生命科學(xué)交匯點(diǎn)的新興學(xué)科。研究領(lǐng)域：環(huán)狀配體組成的主客體體系；有序的分子聚集體；由兩個(gè)或兩個(gè)以上基團(tuán)用柔性鏈或剛性鏈連接而成的超分子化合物。應(yīng)用：在分子識(shí)別與人工酶、酶的功能、短肽和環(huán)核酸的組裝體及其功能等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。資料卡片超分子概

念作用力特征分子識(shí)別自組裝冠醚識(shí)別堿金屬離子“杯酚”分離C60和C70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。通過非共價(jià)鍵結(jié)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。課堂小結(jié)[課堂練習(xí)1]下列關(guān)于超分子的敘述正確的是()超分子就是高分子超分子都是無限伸展的形成超分子的微粒都是分子超分子具有分子識(shí)別和自自組裝的特征D[課堂練習(xí)2]已知圖1所示為冠醚18-冠-6。氯化鉀可以較好的溶解在其中，得到的物質(zhì)結(jié)構(gòu)如圖2所示。根據(jù)以上信息，下列說法不正確的是（

）A．陽離子被冠醚固定在空穴中依靠的主要是靜電相互作用B．如果要溶解NaCl，用圖3所示的冠醚比圖4所示的冠醚效果更好C．圖中所示的幾種冠醚互為同系物D．冠醚的化學(xué)式通式為(CH2CH2O)n

C[課堂練習(xí)3]利用分子間作用力形成超分子進(jìn)行“分子識(shí)別”，實(shí)現(xiàn)分子分離，是超分子化學(xué)的重要研究和應(yīng)用領(lǐng)域。如圖表示用“杯酚”對(duì)C60和C70進(jìn)行分離的過程，下列對(duì)該過程的說法錯(cuò)誤的是(

)AA．C70能溶于甲苯，C60不溶于甲苯B．C60能與“杯酚”形成超分子C．C70不能與“杯酚”形成超分子D．“杯酚”能夠循環(huán)使用[課堂練習(xí)4]圖1表示某