超分子

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人们熟知的化学主要是研究以共价键相结合的分子的合成、结构、性质和变换规律。以J. M. Lehn为代表的学者所倡导的超分子化学已成为今后化学发展的另一个全新的领域。

超分子通常是指由两种或两种以上分子依靠分子间相互作用结合在一起,组成复杂的、有组织的聚集体,并保持一定的完整性使其具有明确的微观结构和宏观特性。

1987年法国科学家诺贝尔化学奖获得者J. M. Lehn 首次提出了“超分子化学”这一概念, 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” 。超分子化学是基于分子间的非共价键相互作用而形成的分子聚集体的化学, 换句话说分子间的相互作用是超分子化学的核心。在超分子化学中,不同类型的分子间相互作用时可以区分的,根据他们不同的强弱程度、取向以及对距离和角度的依赖程度,可以分为:金属离子的配位键、氢键、π-π堆积作用、静电作用和疏水作用等。它们的强度分布由π-π堆积作用及氢键的弱到中等,到金属离子配位键的强或非常强,这些作用力成为驱动超分子自组装的基本方法。人们可以根据超分子自组装原则,使用分子间的相互作用力作为工具,把具有特定的结构和功能的组分或建筑模块按照一定的方式组装成新的超分子化合物。这些新的化合物不仅仅能表现出单个分子所不具备的特有性质,还能大大增加化合物的种类和数目。如果人们能够很好的控制超分子自组装过程,就可以按照预期目标更简单、更可靠的得到具有特定结构和功能的化合物。

目前,超分子化学的研究范围大致可分为三类:“1环状配体组成的主客体体系;2有序的分子聚集体;3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(Super molecule)”。

(一)supra molecule 由两个或两个以上子体系,通过分子间作用力而形成的一个具有一定结构和功能的实体。超分子内的分子间作用力属于非共价键,通常是静电作用、氢键和范德华力等。超分子普遍存在,如酶及其底物激素及其受体和冠醚与某些金属的包合物都是超分子。

(二) elementary particle 又称单元粒子。由一组聚合蛋白质组成的能量转导单位,存在于线粒体内膜。它由7个复合体组成,其中4个是电子传递复合体,另外3个是ATP合成酶转质子酶和转氢酶复合体。超分子是由1个基部,1个茎以及1个头部组成的旋钮样结构,这个结构是由6个复合体围绕一个中心单位排列形成的,中心单位是分成三部分的重复单位(TRU)。TRU的头部是合成或水解ATP的部位,连接头部和基部的TRU的茎决定ATP被合成还是被水解的调节装置;TRU的基部是膜形成单元,起着连接系统的作用,4个电子传递复合体,1个转氢酶和1个质子酶围绕着这个连接系统排列。

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