3.4.2超分子与配合物 课件-2025-2026学年高二化学人教版选择性必修2

该高中化学课件聚焦超分子的定义、分子间作用力及分子识别、分子自组装两大特征，通过“什么是超分子”“分子间以何作用力结合”等问题导入，衔接分子间作用力旧知，搭建从基础到应用的学习支架。 其亮点在于结合杯酚分离C60/C70、冠醚识别碱金属离子等实例，融入诺贝尔化学奖科学史及超分子生物催化技术应用，以科学思维中的证据推理和模型建构，帮助学生理解结构决定性质，同时培养科学态度与责任，学生能深化对超分子应用的认识，教师可提升教学针对性与效率。

第四节《配合物与超分子》 3.4.2 超分子 学习目标： 了解超分子概念，知道超分子代表物杯酚和冠醚的应用。 能理解超分子的特征，并能举例特征所对应的用途。 请同学们阅读教材，回答下列问题： 1、什么是超分子？超分子只能是分子吗？ 2、分子之间以什么作用力结合形成超分子？ 3、举例说明什么是分子识别？分子识别的依据什么进行识别？ 4、什么是分子自组装？ 1、定义 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 2、内部分子之间作用： 静电作用 范德华力 氢键 弱配位键：分子与金属离子之间 广义的分子，包括离子 超分子的大小 一、超分子 二、超分子的重要特征 1、分子识别 C60 C70 实例1：杯酚分离C60与C70 “杯酚” 分离 C60 和 C70 C60 C70 二、超分子的重要特征 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 实例2：冠醚识别碱金属离子 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 O O O O O O O O O 15-冠-5 填充模型 15-冠-5 键线式 12-冠-4 球棍模型 12-冠-4 键线式 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 二、超分子的重要特征 1、分子识别 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） 教材100页：表3-6 冠醚识别钾离子 18-冠-6–K+ 超分子 冠醚，是分子中含有多个-氧-亚甲基-结构单元的大环多醚。冠醚的空穴结构对离子有选择作用，不同冠醚的空腔尺寸不同，与不同的阳离子相匹配(配位作用)，从而实现选择性结合(识别不同大小的碱金属离子)，在有机反应中可作催化剂。 问题1：冠醚靠什么原子吸引阳离子？ 问题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？ 问题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，这类晶体是离子晶体、共价晶体还是分子晶体？ 阴离子，离子晶体。 冠醚靠氧原子吸引阳离子，碳原子是骨架，稳定了整个冠醚。 环的大小与金属离子匹配，才能识别。 共价键 二、超分子的重要特征 1、分子识别 结合教材内容，思考以下问题： 冠醚能与阳离子尤其是碱金属阳离子作用，并且随环的大小不同而与不同的金属离子作用，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。 冠醚识别碱金属离子的应用——相转移催化剂甲苯与高锰酸钾溶液的反应 二、超分子的重要特征 1、分子识别 (1)分子识别：指分子通过特定的非共价相互作用（如氢键、范德华力、疏水作用、静电作用等），选择性地与特定目标分子或结构结合的过程，类似于“锁与钥匙”的匹配机制。例如，酶与底物、抗体与抗原的结合，是基于分子表面的几何形状、电荷分布等特性的精准识别。 (2)分子识别的特征： 高度选择性：只与特定的目标分子或离子结合，对其他 分子具有排斥性。 动态可逆性：结合过程受环境(温度、pH、溶剂等)影响，可逆地结合或解离 信息传递性：分子间的识别过程涉及信息的存储、传递和处理，是超分子 体系功能实现的基础。 二、超分子的重要特征 1、分子识别 双分子膜是由大量两性分子（一端有极性，一端无极性）组装而成的。双分子膜以头向外而尾向内的方式排列，这是因为细胞膜两侧都是水溶液，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。 二、超分子的重要特征 2、分子自组装 科学视野 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 “杯酚”和冠醚形成的超分子，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。 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 二、超分子的重要特征 2、分子自组装 二、超分子的重要特征 2、分子自组装 (1)分子自组装概念：指分子或纳米单元在没有外部强制力的作用下，通过分子间弱相互作用（如疏水作用、氢键、范德华力、静电作用等）自发聚集形成有序超分子结构的过程。例如，表面活性剂在水中自发形成胶束、DNA双螺旋结构的形成等。 (2)分子自组装的特征： 自 发 性：无需外部干预，依赖热力学驱动，分子自发排列形成有序结构。 可编程性：通过分子设计(如分子形状、功能基团分布等)调控组装结构。 功 能 性：组装体往往具备单个分子所不具备的特性， 如光响应、催化活性、机械性能等。 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。 【学习工匠精神】 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。 超分子的未来发展 三、分子识别和分子自组装应用对比 1、分子识别：广泛应用于药物设计（靶向药物递送）、生物传感（检测特定生物分子）、催化（酶模拟催化剂）等领域，侧重于分子水平的特异性相互作用和功能调控。 2、自组装：在纳米材料制备、智能材料开发、生物医学工程（如人工细胞器、组织工程支架）等领域有重要应用，侧重于构建具有特定功能的宏观或微观结构。 四、分子识别和分子自组装的关系 分子识别是自组装的基础和驱动力，通过分子间的特异性识别引导分子有序组装；自组装是分子识别的结果和表现形式，形成具有特定功能的超分子结构。二者相互依存，共同构成了超分子化学的核心内容。 对比维度 分子识别 自组装 核心定义 分子借非共价键，锁钥式选择性结合特定目标分子 分子无外力，自发聚集形成有序超分子结构 本质核心 分子间特异性结合是精准匹配过程 分子集体有序聚集，是结构化形成过程 关键驱动力 氢键、范德华力、疏水/静电作用 同左非共价键+热力学驱动（自发有序） 核心特点 高选择性、可逆性、信息传递性 自发性、结构可编程、组装体新功能性 作用尺度 分子水平，少数分子间的靶向相互作用 多分子集体行为，微/宏观有序结构 典型实例 抗体与抗原、受体与配体结合 活性剂胶束、DNA双螺旋、纳米颗粒组装体 应用领域 靶向药递送、生物传感、酶模拟催化、分子开关 纳米材料制备、智能材料、组织工程支架、人工细胞器 二者关系 自组装的基础与核心驱动力，引导有序组装 分子识别的结果与表现形式，形成功能结构 分子识别和分子自组装的对比 1．下列有关超分子的说法错误的是（ ） A．超分子是由两种或多种分子形成的聚集体 B．分子形成超分子的作用可能是分子间作用力 C．超分子具有分子识别的特性 D．分子以共价键聚合形成超分子 D 课堂练习： 2．超分子化学已逐渐扩展到化学的各个分支，还扩展到生命科学和物理学等领域。由Mo将2个C60分子、2个p-甲酸丁酯吡啶及2个CO分子利用配位键自组装的超分子结构如图所示，该超分子中存在的化学键类型有( ) A．σ键、π键、离子键 B．σ键、π键、氢键 C．σ键、π键 D．σ键、π键、离子键、氢键 C 3．下列说法不正确的是( ) A．液晶具有液体的流动性，在某些物理性质方面具有类似 晶体的各向异性 B．超分子的特征是分子识别和分子自组装 C．电子跃迁时，会吸收或放出特定的能量产生原子光谱 D．等离子体基本构成粒子只有阴、阳离子 D 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 5．用超分子分离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 $