3.4.2 超分子 课件 2024-2025学年高二下学期化学人教版（2019）选择性必修2

第三章 第四节 配合物与超分子 物质的结构 和性质 第2课时 超分子 作者编号：35002 作者编号：35002 1 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 作者编号：35002 A T G C 碱基配对：A与T配对，G与C配对 A与T配对： G与C配对： 通过2个氢键配对 通过3个氢键配对 DNA的双螺旋结构碱基对是通过氢键相互识别并结合的 超分子 常见的DNA碱基配对结构 作者编号：35002 一、超分子 1、定义： 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称为超分子。 2、超分子结构特点 分子层 分子团簇 分子长链 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。 分子是广义的，包括离子。 作者编号：35002 3、特性: (1)分子间相互作用：通过非共价键结合，包括氢键、范德华力、静电作用、疏水作用以及一些分子与金属离子形成的弱配位键等。 (2)分子聚集体大小: 有的是有限的 有的是无限伸展的 作者编号：35002 4.超分子的重要特征及应用 分离 C60 和 C70 C60 C70 （1）分子识别 ①分离 C60 和 C70 “杯酚” 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 作者编号：35002 ②冠醚识别碱金属离子 特点：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，利用此性质可以识别碱金属离子，从而实现选择性结合。 猜想：这些冠醚的名称含义是什么？ 12-冠-4 15-冠-5 18-冠-6 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。 作者编号：35002 常见的冠醚的名称 C 原子：2×4 = 8 O 原子：4 8 + 4 = 12 C 原子：2×5 = 10 O 原子：5 10 + 5 = 15 C 原子：2×6 = 12 O 原子：6 12 + 6 = 18 18-冠-6 15-冠-5 12-冠-4 冠醚的名称： 把环上所含C、O原子的总数标注在“冠”字之前，O原子数标注在“冠”之后 作者编号：35002 8 思考与讨论 碱金属离子或大或小，猜想冠醚是如何识别它们的？ 思考： K+ 直径为276 pm，应该选择哪种冠醚呢？ 冠醚与金属阳离子通过弱配位键作用相互结合，冠醚环的大小与金属离子匹配，才能识别 冠醚 冠醚空腔直径/pm 合适的粒子(直径/pm) 12-冠-4 120～150 Li+(152) 15-冠-5 170～220 Na+(204) 18-冠-6 260～320 K+(276) Rb+(304) 21-冠-7 340～430 Cs+(334) 18-冠-6 作者编号：35002 思考与讨论 1.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 2.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？ 共价键 3.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？ 这类晶体属于什么晶体？ 阴离子 离子晶体 作者编号：35002 4.超分子的重要特征及应用 （1）分子识别 ③相转移催化剂 资料：高锰酸钾溶液可以氧化甲苯，从而褪色。 但是高锰酸钾溶解在水中，难溶于甲苯，难以和甲苯充分接触。 实验时需要不断振荡，二者才能充分反应，溶液褪色 示例实验：甲苯与高锰酸钾溶液的反应 实验改进：做上述实验时，加入冠醚(18-冠-6) 作者编号：35002 18-冠-6的大小与金属K+离子匹配，将K+以及对应的阴离子(MnO4－)都带入有机溶剂，使游离的高锰酸根反应活性很高，从而快速发生反应。 实验数据：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 实验数据：冠醚可以催化这个反应 示例实验：甲苯与高锰酸钾溶液的反应 作者编号：35002 定义: 超分子组装的过程称为分子自组装，自组装过程是使超分子产生高度有序的过程。 细胞和细胞器的双分子膜 细胞膜两侧为水溶液，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。 ④自组装 极性基团(亲水) 非极性基团(疏水) 极性基团(亲水) 作者编号：35002 纯水 胶束 洗洁精 丁达尔效应 自发 过程 分子自组装 作者编号：35002 拓展延伸 超分子有序体 从分子结构上说，也可以叫“两亲分子”，分子的一端有极性，称为亲水基团， 分子的另一端没有或者几乎没有极性，称为疏水基团。 表面活性剂 作者编号：35002 拓展延伸 超分子有序体 表面活性剂 “两亲分子”：一端为亲水基团，另一端为疏水基团 低浓度时，优先在溶液表面形成 单分子层 高浓度时，在溶液中形成胶束 非极性基团 (疏水) 极性基团 (亲水) 极性基团(亲水) 非极性基团(疏水) 作者编号：35002 拓展延伸 超分子有序体 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 作者编号：35002 拓展延伸 超分子有序体 表面活性剂 表面活性剂在水中会形成亲水基团向外、疏水基团向内的胶束。由于油渍等污垢是疏水的，会被包裹在胶束内腔，这就是肥皂和洗涤剂的去污原理。 作者编号：35002 超分子的概念和起源尽管已有近两个世纪的历史，但分子识别、自组装等基本概念的引入则是20世纪70年代的事。从这时起，超分子化学才作为一个化学分支出现。它在最近20多年迅速发展，被认为是21世纪新概念和新技术的重要源头之一。 1987年，诺贝尔化学奖授予C.Pedersen、J-M.Lehn和D.Cram,以表彰他们在超分子领域的奠基工作。 超分子材料 克拉姆(美国) 佩德森(美国) 莱恩(法国) 作者编号：35002 1．下列关于超分子的说法不正确的是( ) A．超分子是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 B．超分子都是无限伸展的 C．冠醚是一种超分子，可以识别碱金属离子 D．细胞和细胞器的双分子膜具有自组装性质 B 作者编号：35002 作者编号：35002 2、冠醚(皇冠状分子)因具有分子识别能力,成为超分子化学中重要一员。18-冠-6 是其中的一种,结构如图。下列说法正确的是(　　)。 A.该分子是CH3OCH3的同系物 B.该分子中所有原子可能共平面 C.该分子含有σ键、极性键、非极性键 D.该有机物的最简式与甲醛的分子式相同 C 作者编号：35002 作者编号：35002 3．利用超分子可分离C60和C70，将C60、C70混合物加入一种空腔大小适配C60的“杯酚”中进行分离的流程如图。下列说法正确的是 A．杯酚与C60形成氢键 B．C60与C70晶体类型不同 C．该分离过程利用的是超分子的分子识别特征 D．一个C60晶胞中含有8个C60分子 C 作者编号：35002 作者编号：35002 4．碱金属氯化物是典型的离子化合物，NaCl和CsCl的晶胞结构如图所示。其中的碱金属离子能够与冠醚形成超分子。下列说法不正确的是 A．在NaCl晶体中，距Na+最近的Na+有12个 B．CsCl晶体中Cs+周围紧邻8个Cl- C．碱金属离子与冠醚通过离子键形成超分子 D．不同空穴尺寸的冠醚可以对不同碱金属离子进行识别 C 作者编号：35002 作者编号：35002 $$