supramolecular chemistry

定義：研究通過分子間非共價鍵作用形成的超分子體系的一門學科。是分子以上層次的化學。

學科：化學_有機化學_物理有機化學_超分子

相關名詞：配位鍵 氫鍵 共價鍵

圖片來源：視覺中國

【延伸閱讀】

超分子化學是1987年諾貝爾化學獎獲得者萊恩提出后逐漸形成的一門交叉學科。超分子體系通常可以分成超分子和超分子有序體兩類。超分子指幾個組分（一個受體及一個或多個底物）在分子識別原理的基礎上，通過分子間締合而形成的含義明確的、分立的寡聚分子物種；超分子有序體指數(shù)目不定的大量組分自發(fā)締合產(chǎn)生某個特定的相而形成的多分子實體。

超分子化學以多種分子間弱相互作用力為基礎，與建立在共價鍵基礎上的傳統(tǒng)化學不同。超分子的形成以受體分子與底物分子必須發(fā)生識別為前提，在分子識別引導下所形成的超分子組裝體，其結(jié)構、性質(zhì)與共價化合物不同。超分子體系在結(jié)構上強調(diào)各組分之間的非共價鍵的相互作用，在性能上則強調(diào)各組分的功能性之間的協(xié)同一致。目前已研究過的超分子體系有很多種類，根據(jù)連接的相互作用不同，可分為以下幾類：

1.以配位鍵連接的超分子體系：由配體的孤對電子與金屬的d（f）軌道形成的配位鍵。如果中心金屬為動力學惰性的，這類配位鍵本質(zhì)上與共價鍵很相似，一旦形成即很牢固，配體在形成前、后的狀態(tài)是不同的；如果中心金屬為動力學不穩(wěn)定的，在這類配位鍵連接的中心金屬離子和配體中，配體可發(fā)生迅速的交換作用，這種金屬與配體的相互作用是可逆的。

2.以氫鍵連接的超分子體系：氫鍵是將氫從給體原子向受體原子方向吸引的一種作用力，作為電子或能量轉(zhuǎn)移的界面是所有非共價相互作用中鍵能最大的一種分子間作用，具有明確的方向性和選擇性。氫鍵的選擇性在復雜組分的自組裝中尤其顯示出它的重要性，特別體現(xiàn)在體系中的多重氫鍵形成的協(xié)同過程中。

3.以疏溶劑相互作用連接的超分子體系：疏溶劑相互作用是一種非常復雜的分子間弱相互作用，對溶液中組裝體的形成起穩(wěn)定作用。最常見的疏溶劑相互作用是疏水相互作用，疏水相互作用驅(qū)使非極性分子在極性溶劑中呈聚集狀態(tài)，以減少溶劑與溶質(zhì)的不利相互作用。這一過程也可使組分之間的電子進行有效的相互作用，能量得到有效的轉(zhuǎn)移。

4.以芳香重疊相互作用連接的超分子體系：芳香π-重疊作用是通過π-體系中π-電子云重疊來實現(xiàn)的。這類相互作用為超分子化合物的自組裝提供了很好的方法，并且，當芳香組分之一是缺電子的而另一組分是富電子時，這種相互作用就會加強，還能引起電荷在組分之間一定程度的轉(zhuǎn)移。

5.以范德瓦爾斯力相互作用連接的超分子體系：當兩個原子緊密靠近時，會產(chǎn)生一種分散的弱的引力，稱之為范德瓦爾斯力。范德瓦爾斯力隨原子間距離增大而迅速減小，但如果原子間距離太近，這種作用表現(xiàn)為范德瓦爾斯斥力。當形成有序超分子組裝體時，如果兩個大分子之間具有精確的互補形態(tài)，大量原子都處于范德瓦爾斯力接觸，此時所生成的范德瓦爾斯力是很可觀的。

在很多情況下，超分子體系中的相互作用不僅僅是單一的作用，而是上述相互作用的多種組合。有目的地設計不同的分子組件，通過控制組裝條件，借助非共價相互作用，就能可控構建一維、二維、三維確定結(jié)構的有序超分子組裝體。對這些組裝體的光化學和光物理性質(zhì)的研究，在納米電子學、納米光子學、非線性光學等領域有著廣闊的應用前景。

責任編輯：張鵬輝