3.4.2 超分子 课件 2022-2023学年高二化学人教版（2019）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 学习目标 1.了解超分子的结构特点。 2.了解超分子的简单应用。 教材内容：P98-100 3.4.2　超分子 生命体中超分子体系：叶绿体中的光系统I蛋白 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 【科技前沿展望】 什么是超分子呢？ 新课引入 一、概念: 由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。 二、 微粒间作用力 主要是静电作用、范德华力、氢键、疏水作用以及一些分子与金属离子形成的弱配位键等。 注意：超分子定义中的分子是广义的，包括离子。 神奇的超分子，借分子间作用力形成复杂的组织结构 ——非共价键 超分子 三、大小 有的是有限的 有的是无限伸展的 超分子这种分子聚集体，有的是有限的，有的是无限伸展的。 四、结构特点： 五、范围： 超分子是组成复杂的，有组织的分子聚集体，并保持一定的完整性使其具有明确的微观结构和宏观特性。 已报道的超分子大环主体有：DNA,冠醚，环糊精，杯芳烃，杯吡咯，杯咔唑，瓜环胡葫芦脲，柱芳烃等。 六、特征及其应用：分子识别(选择性)、自组装 1.分子识别实例: (1) “杯酚”分离 C60 和 C70 (2) 冠醚识别碱金属离子 2.自组装 (1)“杯酚”分离 C60 和 C70 C60 C70 这个例子反映出来的超分子的特性被称为“分子识别”。 1.分子识别： 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 教材：P98 超分子范围：已报道的超分子大环主体有：DNA,冠醚，环糊精，杯芳烃，杯吡咯，杯咔唑，瓜环胡葫芦脲，柱芳烃等。 6 (2)“冠醚”识别碱金属离子 ①冠醚定义：分子中含有多个-氧-亚甲基(CH2)-结构单元的大环多醚。 15-冠-5 ②冠醚名称的含义 12-冠-4 C 原子：8 O 原子：4 环上总原子数：8 + 4 = 12 C 原子：10 O 原子：5 环上总原子数：10 + 5 = 15 常见的冠醚有12-冠-4、15-冠-5、18-冠-6 等 7 ③冠醚特点：是皇冠状的分子，有不同大小的空穴，能与正离子，尤其是碱金属离子络合，并随环的大小不同而与不同的金属离子络合，利用此性质可以识别碱金属离子,从而实现选择性结合。 (2)“冠醚”识别碱金属离子 1.分子识别： 思考：冠醚靠什么原子吸引阳离子？ C 原子是环的骨架，稳定了整个冠醚， O 原子吸引阳离子。 冠醚与金属阳离子通过配位作用相结合形成超分子 ④冠醚是皇冠状的分子，可有不同大小的空穴适配不同大小的碱金属离子 冠醚识别碱金属离子。不同大小的冠醚可以识别不同大小的碱金属离子。 冠醚 冠醚空腔直径/pm 适合的粒子（直径/pm） 12-冠-4 15-冠-5 18-冠-6 21-冠-7 120～150 170～220 260～320 340～430 Li+（152） Na+（204） Rb+（304） Cs+（334） 思考： K+ 直径为276 pm，应该选择哪种冠醚呢？ 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。 应用举例：相转移催化剂 问题背景： 高锰酸钾溶液可以氧化甲苯，从而褪色。 但是高锰酸钾易溶于水，难溶于甲苯，难以和甲苯充分接触。 甲苯 K+ MnO4 ⑤冠醚识别碱金属离子的应用 溶有18-冠-6的甲苯与高锰酸钾水溶液反应 甲苯中 冠醚的浓度 褪色时间 30 g/L 5 min不褪色 60 g/L 5 min明显褪色 120 g/L 4.5 min明显褪色 甲苯 K+ MnO4 K+ MnO4 - 水层 10 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。 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。 深度思考 “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。 超分子方面的诺贝尔奖 资料卡片 2020年