一起遨游“超分子”世界_迷你世界下载最新版

　　 有关化学键、分子间相互作用、氢键、分子等基本概念，我们是再熟悉不过了，理科生就跟不用说啦。那么你听过超分子吗？你能想象出分子间弱相互作用吗？让我们一起走进“超分子”的科学世界吧。
　　
　　◇ 何谓超分子化学（Supramolecular chemistry）
　　
　　经典理论认为：分子是保持物质性质的最小微粒。然而，分子一经形成，就处于分子间力的相互作用下，这种力制约着分子的空间结构，也影响着物质的性质及功能。
　　随着研究的发展，出现了传统分子理论难以解释的一些现象：绿色植物的光合作用、酶的催化作用等，均有特异的物质识别、输送、能量传递和转换功能。随着科研的深入，超分子化学应运而生。
　　1978年法国科学家J. M. Lehn等首次提出了“超分子化学”概念，他指出：“基于共价键存在着分子化学领域，基于分子组装体和分子间键而存在着超分子化学”。超分子化学可以定义为“超出分子的化学”，是关于若干化学物种通过分子间弱相互作用结合在一起所构成的，具有较高的复杂性和一定组织性的整体的化学。在这个整体中各组分还保持某些固有的物理和化学性质，同时又因彼此间的相互作用或扰动而表现出某些整体功能。
　　分子通过分子间弱相互作用力构成的超分子体系，类似与原子键通过共价键结合成分子。可以说，超分子化学开拓了创造新物质与新材料的崭新的无限的发展空间。
　　
　　◇ 什么是分子间弱相互作用
　　分子间的相互作用是除共价键、离子键和金属键以外，分子间相互作用的总称。一般认为，超分子体系分子的弱相互作用力主要指范德华力(包括静电力、诱导力、色散力和交换力)、氢键、堆砌作用力(包括π-π堆积，ｎ-π堆积，阳离子-π作用和疏水相互作用力等)几种形式。其中，氢键和配位键是较为重要的分子间弱相互作用。
　　
　　分子间弱相互作用力和化学键相比很弱，但在不同的条件下各显其威。弱相互作用体系有许多有别于传统共价键体系的特征：首先，这些分子团簇的稳定化能远比共价键的结合能100kcal/mol要小；其次，弱相互作用体系相互作用的分子片间的距离在1Å左右；此外，在热力学性质、动力学特征、振动频率等方面两者也存在相当大的差异。
　　氢键在本质上是静电力，常被认为是一种特殊的范德华力。氢键作用是人们最早研究的分子间弱相互作用之一。氢键的存在影响着很多物质的性质，如水的结构和独特性质，它还对生物分子的形状、性质和功能起着非常重要的作用。
　　疏水作用是指以金属离子为桥梁把两个或多个分子键合成具有一定立体结构的超分子，这种作用能增加超分子的稳定性。
　　100余种元素组成千万种的化合物，看来我们真是难以想象出这些化合物通过分子间的弱相互作用力组成的超分子化合物的数量啊！
　　◇ 分子间弱相作用力的研究
　　分子间的弱相互作用可从理论和实验两方面来开展研究。
　　1.理论方法
　　理论化学方法对理解和掌握弱相互作用性质、预测实验结果，提供了新的思路。分子间弱相互作用力的理论研究目前常用的方法有量子化学和统计热力学两种。
　　2.实验方法
　　实验方法有多种，用谱学方法研究分子间弱相互作用已成为实验研究的主要手段。其中，核磁共振法测定原理是形成超分子体系时，选择性部位原子的化学环境发生变化，根据化学位移发生变化的值可研究超分子体系的弱相互作用。
　　
　　◇ 超分子化学的研究领域
　　自然界亿万年的进化创造了生命体，而执行生命功能是生命体中的无数个超分子体系，如DNA与RNA的合成、蛋白质的表达与分解、脂肪酸合成与分解。因此超分子科学是研究生物功能、理解生命现象、探索生命起源的一个极其重要的研究领域。
　　超分子化学引人注目的研究领域：超分子材料，超分子光化学，分子识别及在生物化学、仿生化学中的应用，主客体化学，分子设计和晶体工程， 化学传感器，分子器件，超分子催化及模拟酶的分析等。下面简单介绍几种：
　　1.超分子材料
　　研究分子间弱相互作用的本质是制备超分子功能材料的关键。以超分子化学为基础的超分子材料，是一种现代新型材料，它一般指利用分子间非共价键的键合作用（如氢键相互作用、电子供体-受体相互作用、离子相互作用和憎水相互作用等）而制备的材料。超分子纳米材料是其重要发展方向，人工纳米结构组装体系，适用于设计开发超分子纳米材料。
　　2.层状超分子组装体
　　 生物膜是细胞的关键组分，又是高效、神奇的超分子体系。它的模拟物就是层状组装体(包括单层膜、多层膜、复合膜等)。层状组装体的成膜驱动力除了静电力之外，还有亲水力/疏水力、配位健、范德瓦尔斯力、偶极―偶极相互作用等。
　　 3.生物与仿生的微体系
　　 病毒是生命体最简单的形式之一，其颗粒虽然远小于细菌，结构也比细菌简单，但却对人类生命健康构成了极大威胁。艾滋病、SARS、禽流感都是由病毒引起的。研究病毒样颗粒的结构与免疫机理的关系等课题，可为确定新抗病毒方案打下基础。
　　驱动蛋白、RNA聚合酶、肌球蛋白等天然生物马达在生物体内的诸多生命活动中起重要作用。以超分子组装手段模拟天然生物马达工作机制，制备纳米和亚微米尺度的分子马达，可以实现生物体内的血液有害物质清除和细胞修复等工作。同时，还可以开发更复杂的纳米机器，直接将生物体的生物化学能转换成机械能。