3.4.2超分子课件2026-2027学年上学期高二化学人教版（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3.4.2 超分子 学习目标 1、了解从原子、分子、超分子等不同尺度认识物质结构的意义，能举例说明超分子的特征。 核酸的双螺旋结构是靠氢键来保持的 A T 氢键 超分子 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。超分子定义中的分子是广义的，包括离子 2、分子间的相互作用： 说法很纷繁，有人将其概括为非共价键，有人则将其限于分子间作用力（范德华力、氢键）。超分子这种分子聚集体，有的是有限的，有的是无限伸展的 一、超分子 3、超分子的特征及其应用： （1）分子识别 ① 分离C60和C70 C60 C70 C70比C60大点，将C60和C70的混合物加入一种空腔大小适配C60的“杯酚”中，“杯酚”像个碗似的把C60装起来而不能装下C70 杯酚与C60通过分子间作用力相结合形成超分子，通过尺寸匹配实现分子识别 （1）分子识别 ① 分离C60和C70 杯酚 C60 C70 C60 C70 C70 C60 C60 超分子 循环使用 溶于氯仿 甲苯，过滤 不溶于氯仿 超分子不溶于甲苯 溶于甲苯 氯仿 ★ C60、C70是非极性分子，甲苯是极性很弱的非极性分子，杯酚和氯仿是极性分子 一、超分子 3、超分子的特征及其应用： （1）分子识别 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原子个数 C、O原子个数总和： 10 + 5 = 15 O原子个数 C、O原子个数总和： 8 + 4 = 12 ★ 把环上所含C、O原子总数标注在“冠”字之前，把其中所含O原子数标注在“冠”字之后 15 - 冠 - 5 12 - 冠 - 4 【思考】碱金属离子有大有小，猜想冠醚是如何识别它们的？ ② 冠醚识别碱金属离子 冠醚 冠醚空腔直径 / pm 适合的粒子（直径 / pm） 超分子 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） ★ 冠醚与碱金属离子通过配位作用选择性相结合，不同大小的冠醚可以识别不同大小的碱金属离子 【思考】 （1）冠醚靠什么原子吸引碱金属离子？ （2）冠醚与碱金属离子之间的配位键属于离子键、共价键、氢键还是范德华力？ （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？ O原子吸引碱金属离子（O元素电负性大），C原子是环的骨架，稳定了整个冠醚 共价键 阴离子，离子晶体 一、超分子 3、超分子的特征及其应用： （1）分子识别 ② 冠醚识别碱金属离子 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（合成了穴状配体），超分子化学也因此风靡全球 唐纳德 · 克拉姆 让 · 玛丽 · 莱恩 查尔斯 · 佩德森 ② 冠醚识别碱金属离子 应用：相催化反应 【示例实验】向盛有2 mL 甲苯的试管中加入几滴酸性高锰酸钾溶液，静置。将上述试管用力振荡，静置。 【实验改进】做上述实验时，可加入冠醚（18 - 冠 - 6） 【实验数据】溶有冠醚（18 - 冠 - 6）的甲苯与酸性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 【实验结论】冠醚（18 - 冠 - 6）可以催化甲苯与酸性高锰酸钾溶液反应 18 - 冠 - 6 ② 冠醚识别碱金属离子 应用：相催化反应 K+、MnO4- 甲苯 需振荡，且很长时间才能反应 甲苯、 反应加快 MnO4- 冠醚（18 - 冠 - 6）的大小与碱金属K+匹配，将K+以及对应的阴离子MnO4-都带入有机层，使游离的MnO4-反应活性增强，从而快速发生反应 18 - 冠 - 6 一、超分子 3、超分子的特征及其应用： （2）分子自组装（P53） ① 表面活性剂 ② 细胞和细胞器的双分子膜 ★ 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 二、超分子化学 1、含义： 2、研究领域： 研究超分子的化学叫超分子化学，是一门处于近代化学、材料化学和生命科学交汇点的新兴学科 环状配体组成的主客体体系、有序的分子聚集体、由两个或两个以上基团用柔性链或刚性链连接而成的超分子化合物 3、应用： 在分子识别与人工酶、酶的功能、短肽和环核酸的组装体及其功能等领域有着广阔的应用前景 1、冠醚能与阳离子，尤其是与碱金属离子作用，并且随环的大小不同而与不同的金属离子作用。12 - 冠 - 4与Li+作用而不与Na+、K+作用；18 - 冠 - 6与K+作用（如图），还可与重氮盐作用，但不与Li+或Na+作用。下列说法错误的是（　　） A. 18 - 冠 - 6中C和O的杂化轨道类型相同 B. 18 - 冠 - 6与K+作用，不与Li+或Na+作用，这反映了超分子的 “分子识别”的特征 C. 18 - 冠 - 6与K+作用反映了超分子的自组装的特征 D. 冠醚与碱金属离子作用的原理与其可作相转移催化剂的原理有关 C 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、已知图1所示为冠醚18 - 冠 - 6。KCl可以较好的溶解在其中，得到的物质结构如图2所示。根据以上信息，下列说法不正确的是（ ）（双选） A. 阳离子被冠醚固定在空穴中依靠的主要是静电相互作用 B. 如果要溶解NaCl，用图4所示的冠醚比图3所示的冠醚效果更好 C. 图中所示的几种冠醚互为同系物 D. 冠醚的化学式通式为(CH2CH2O)n BC $