supramolecular chemistry

定义：研究通过分子间非共价键作用形成的超分子体系的一门学科。是分子以上层次的化学。

学科：化学_有机化学_物理有机化学_超分子

相关名词：配位键 氢键 共价键

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【延伸阅读】

超分子化学是1987年诺贝尔化学奖获得者莱恩提出后逐渐形成的一门交叉学科。超分子体系通常可以分成超分子和超分子有序体两类。超分子指几个组分（一个受体及一个或多个底物）在分子识别原理的基础上，通过分子间缔合而形成的含义明确的、分立的寡聚分子物种；超分子有序体指数目不定的大量组分自发缔合产生某个特定的相而形成的多分子实体。

超分子化学以多种分子间弱相互作用力为基础，与建立在共价键基础上的传统化学不同。超分子的形成以受体分子与底物分子必须发生识别为前提，在分子识别引导下所形成的超分子组装体，其结构、性质与共价化合物不同。超分子体系在结构上强调各组分之间的非共价键的相互作用，在性能上则强调各组分的功能性之间的协同一致。目前已研究过的超分子体系有很多种类，根据连接的相互作用不同，可分为以下几类：

1.以配位键连接的超分子体系：由配体的孤对电子与金属的d（f）轨道形成的配位键。如果中心金属为动力学惰性的，这类配位键本质上与共价键很相似，一旦形成即很牢固，配体在形成前、后的状态是不同的；如果中心金属为动力学不稳定的，在这类配位键连接的中心金属离子和配体中，配体可发生迅速的交换作用，这种金属与配体的相互作用是可逆的。

2.以氢键连接的超分子体系：氢键是将氢从给体原子向受体原子方向吸引的一种作用力，作为电子或能量转移的界面是所有非共价相互作用中键能最大的一种分子间作用，具有明确的方向性和选择性。氢键的选择性在复杂组分的自组装中尤其显示出它的重要性，特别体现在体系中的多重氢键形成的协同过程中。

3.以疏溶剂相互作用连接的超分子体系：疏溶剂相互作用是一种非常复杂的分子间弱相互作用，对溶液中组装体的形成起稳定作用。最常见的疏溶剂相互作用是疏水相互作用，疏水相互作用驱使非极性分子在极性溶剂中呈聚集状态，以减少溶剂与溶质的不利相互作用。这一过程也可使组分之间的电子进行有效的相互作用，能量得到有效的转移。

4.以芳香重叠相互作用连接的超分子体系：芳香π-重叠作用是通过π-体系中π-电子云重叠来实现的。这类相互作用为超分子化合物的自组装提供了很好的方法，并且，当芳香组分之一是缺电子的而另一组分是富电子时，这种相互作用就会加强，还能引起电荷在组分之间一定程度的转移。

5.以范德瓦尔斯力相互作用连接的超分子体系：当两个原子紧密靠近时，会产生一种分散的弱的引力，称之为范德瓦尔斯力。范德瓦尔斯力随原子间距离增大而迅速减小，但如果原子间距离太近，这种作用表现为范德瓦尔斯斥力。当形成有序超分子组装体时，如果两个大分子之间具有精确的互补形态，大量原子都处于范德瓦尔斯力接触，此时所生成的范德瓦尔斯力是很可观的。

在很多情况下，超分子体系中的相互作用不仅仅是单一的作用，而是上述相互作用的多种组合。有目的地设计不同的分子组件，通过控制组装条件，借助非共价相互作用，就能可控构建一维、二维、三维确定结构的有序超分子组装体。对这些组装体的光化学和光物理性质的研究，在纳米电子学、纳米光子学、非线性光学等领域有着广阔的应用前景。

责任编辑：张鹏辉