3.4.2 超分子（精品课件）-2022-2023学年高二化学同步精品课堂（人教版2019选择性必修2）

走进奇妙的化学世界 2022-2023 选择性必修2 第三章 晶体结构与性质 第四节 配合物与超分子 神奇的超分子，借分子间作用力形成复杂的组织结构 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，形成具有固定组成的一个分子簇，这就是所谓的超分子。 核酸的双螺旋结构是靠氢键来保持的 学习 目标 第2课时 超分子 PART 01 PART 02 了解超分子的结构特点 了解从原子、分子、超分子等不同尺度认识物质结构的意义。通过不同聚集状态物质的重要应用,认识化学技术和社会之间的相互关系,培养科学态度和社会责任的核心素养 配合物在生命体中大量存在，对生命活动具有重要意义。另外，配合物尖端技术、医药科学等有着广泛的应用。对生命活动、尖端技术等有着广泛的应用前景的还有超分子等物质。 生命体中超分子体系： 叶绿体中的光系统I蛋白 超分子 概念： 两种或两种以上的分子（包括离子）通过分子间相互作用形成的分子聚集体。 2. 超分子内部分子之间通过非共价键结合。 主要是静电作用、范德华力和氢键以及一些分子与金属离子之间形成的弱配位键。 3. 大小 有的是有限的 有的是无限伸展的 4. 超分子特征 （1）分子识别 （2）自组装 分子识别两种实例 ① “杯酚”分离 C60 和 C70 ② 冠醚识别碱金属离子 C60 C70 杯酚与C60通过范德华力相结合，通过尺寸匹配实现分子识别 5. 重要特征及其应用——分子识别：分离C60与C70 5. 重要特征及其应用——分子识别：冠醚识别碱金属离子 认识冠醚 15-冠-5 12-冠-4 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 思考：冠醚靠什么原子吸引阳离子？ O 原子吸引阳离子 ②冠醚识别碱金属离子的应用 冠醚 冠醚空腔 直径/pm 适合的粒子 （直径/pm） 15-冠-5 18-冠-6 21-冠-7 170~220 260~320 340~430 Na+（204） 冠醚环的大小与金属离子匹配，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。 思考： K+ 直径为276 pm，应该选择哪种冠醚呢？ 18-冠醚-6的结构 冠醚与金属阳离子通过配位作用相结合 不同冠醚的空腔尺寸不同，与不同的阳离子相匹配，从而实现选择性结合。 超分子的特征之一：分子识别 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。 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。 KMnO4水溶液对烯烃氧化效果差，在烯烃中加入冠醚时，冠醚通过与K+结合而将高锰酸根也带入烯烃中；而冠醚不与高锰酸根结合，使游离的高锰酸根反应活性很高，从而快速发生反应。 “杯酚”与冠醚形成的超分子，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。1987 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，这是人类在操控分子方面迈出的重要一步。 5. 重要特征及其应用——自组装（产生高度有序的过程） 细胞外部 磷脂分子 双分子层 细胞质 疏水端 亲水端 亲水端 细胞膜的两侧都是水溶液，水是极性分子，而构成膜的两性分子的 头基是极性基团而尾基是非极性基团。头基为亲水基团，头部会朝向 水溶液一侧，从而实现自组装。 2020年，我国博士后王振元：潜心创新，成功开发出超分子生物催化技术，打破了国外巨头在化妆品高端原料市场的垄断地位。 超分子的未来发展：通过对超分子研究，人们可以模拟生物系统，复制出一些新材料，如：新催化剂、新药物、分子器件、生物传感器等功能材料。 超分子有序体 表面活性剂：从分子结构上说，也可以叫“两亲分子”，一端为亲水基团，另一端为疏水基团。 硬脂酸根（传统肥皂的有效成分之一） 十二烷基苯磺酸根 （合成洗涤剂中常用的表面活性剂） 低浓度时，优先在溶液表面形成单分子层，降低表面张力。 高浓度时，剩余的表面活性剂在溶液中形成胶束。 相似相溶 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 【例】超分子化学已逐渐扩展到化学的各个分支