化学人教版（2019）选择性必修2 3.4.2 超分子（共41张ppt）
文档属性
| 名称 | 化学人教版（2019）选择性必修2 3.4.2 超分子（共41张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 11.4MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-02-02 09:20:58 | ||
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文档简介
(共41张PPT)
网
科
学
第四节 配合物与超分子
第二课时 超分子
第三章 晶体结构与性质
DNA碱基配对
双螺旋DNA的两条分子链是通过什么结合的？
二、超分子
常见的DNA碱基配对结构
A T
G C
DNA碱基对是通过氢键相互识别并结合的
DNA碱基配对
二、超分子
氢键
DNA碱基配对
二、超分子
氢键是最强的分子间相互作用，很多分子可以通过氢键相互结合，形成具有固定组成的一个分子簇，这就是所谓的超分子。
1. 概 念:
由两种或两种以上的分子(包括离子)通过分子间相互作用形成的分子聚集体。
2. 微粒间作用力
主要是静电作用、范德华力、氢键、疏水作用以及一些分子与金属离子形成的弱配位键等。
二、超分子
注意：超分子定义中的分子是广义的，包括离子。
神奇的超分子，借分子间作用力形成复杂的组织结构
——非共价键
分子聚集体有的是有限的，有的是无限伸展的。
二、超分子
3.分子聚集体大小：
有的是有限的
有的是无限伸展的
4. 重要特征及其应用
二、超分子
——①分子识别：
a. “杯酚”分离 C60 和 C70
P98
4. 重要特征及其应用
a. “杯酚”分离 C60 和 C70
C60
C70
这个例子反映出来的超分子的特性被称为“分子识别”。
二、超分子
——①分子识别：
杯酚与C60通过范德华力相结合，通过尺寸匹配实现分子识别
b. “冠醚”识别碱金属离子
二、超分子
4. 重要特征及其应用
——①分子识别：
P98
b. “冠醚”识别碱金属离子
4. 重要特征及其应用
——①分子识别：
二、超分子
冠醚，是分子中含有多个-氧-亚甲基(CH2)-结构单元的大环多醚。
15-冠-5
猜想这些名称的含义
12-冠-4
C 原子：8 O 原子：4
环上总原子数：8 + 4 = 12
C 原子：10 O 原子：5
环上总原子数：10 + 5 = 15
冠醚是皇冠状的分子，有不同大小的空穴，能与正离子，尤其是碱金属离子络合
b. “冠醚”识别碱金属离子
4. 重要特征及其应用
——①分子识别：
二、超分子
思考：冠醚靠什么原子吸引阳离子？
C 原子是环的骨架，稳定了整个冠醚，
O 原子吸引阳离子。
冠醚与金属阳离子通过配位作用相结合形成超分子
冠醚 冠醚空腔直径/pm 适合的粒子(直径/pm)
12-冠-4 15-冠-5 18-冠-6 21-冠-7 120~150 170~220 260~320 340~430 Li＋（152） Na＋（204） K＋（276） Rb＋（304） Cs＋（334）
P99 表3-6 冠醚识别钾离子
b. “冠醚”识别碱金属离子
4. 重要特征及其应用
——①分子识别：
二、超分子
不同冠醚的空腔尺寸不同，与不同的阳离子相匹配，从而实现选择性结合。
Li+
Na+
K+
超分子的实例
应用举例：相转移催化剂
问题背景：
高锰酸钾溶液可以氧化甲苯，
从而褪色。
冠醚识别碱金属离子的应用
但是高锰酸钾易溶于水，难溶于甲苯，难以和甲苯充分接触。
甲苯
K+
MnO4
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
溶有18-冠-6的甲苯与高锰酸钾水溶液反应
资料卡片
MnO4
-
K+
冠醚能与阳离子尤其是碱金属阳离子作用，将阳离子以及对应的阴离子都带入有机溶剂，因而成为有机反应中很好的催化剂。
甲苯
K+
MnO4
“杯酚”与冠醚形成的超分子，虽然识别的分子、离子不同，但环状结构异曲同工，且尺寸可控。
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，这是人类在操控分子方面迈出的重要一步。
——超分子自组装
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。
4. 重要特征及其应用
二、超分子
K+
K+
超分子的自组装
参与形成超分子的主客体分子，能够自发地形成有序结构，这一特性被称为“自组装”。
超分子的自组装
纯水 洗涤灵 胶束
——超分子自组装
4. 重要特征及其应用
二、超分子
表面活性剂
第二章 第三节 分子结构与物质性质
P53
从分子结构上说，也可以叫“两亲分子”，
硬脂酸根（传统肥皂的有效成分之一）
十二烷基苯磺酸根
（合成洗涤剂中常用的表面活性剂）
一端为亲水基团，另一端为疏水基团。
表面活性剂：
亲水基团
疏水基团
亲水基团
低浓度时，优先在溶液表面形成单分子层，降低表面张力。
高浓度时，剩余的表面活性剂在溶液中形成胶束。
相似相溶
亲水端倾向于与水相接触
疏水端倾向于不与水接触，彼此聚集
P54
第二章 第三节 分子结构与物质性质
细胞外部
磷脂分子
双分子层
细胞质
疏水端
亲水端
亲水端
含义：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。
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。
研究领域：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。
【超分子化学】
课堂小结
超分子的特征之一：分子识别
超分子的特征之二：自组装
超分子是由两种或两种以上的分子（或离子）通过分子间相互作用形成的分子聚集体
深度思考
1.冠醚与碱金属离子之间的配位键属于离子键、共价键、氢键还是分子间作用力？
提示 共价键。
2.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？
提示 阴离子，离子晶体。
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)超分子的性质与组成超分子的单个分子的性质相同。( )
(2)超分子是相对分子质量很大的有机化合物。( )
(3)超分子内部分子可以通过非共价键结合。( )
√
×
×
(4)超分子都是无限伸展的。( )
(5)形成超分子的微粒都是分子。( )
(6)超分子具有分子识别和自组装的特征。( )
√
×
×
1.下列有关超分子的说法正确的是 ( )
A.超分子是如蛋白质一样的大分子
B.超分子是由小分子通过聚合得到的高分子
C.超分子是由高分子通过非化学键作用形成的分子聚集体
D.超分子是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
D
解析：超分子不同于蛋白质、淀粉等大分子，也不同于高分子，超分子是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，故选D。
2.冠醚(皇冠状分子)因具有分子识别能力,成为超分子化学中重要一员。18-冠-6 是其中的一种,结构如图。下列说法正确的是( )。
A.该分子是CH3OCH3的同系物
B.该分子中所有原子可能共平面
C.该分子含有σ键、极性键、非极性键
D.该有机物的最简式与甲醛的分子式相同
C
3.利用分子间作用力形成超分子进行“分子识别”，实现分子分离，是超分子化学的重要研究和应用领域。如图表示用“杯酚”对C60和C70进行分离的过程，下列对该过程的说法错误的是( )
A
A．C70能溶于甲苯，C60不溶于甲苯
B．C60能与“杯酚”形成超分子
C．C70不能与“杯酚”形成超分子
D．“杯酚”能够循环使用
4.如图为B12单元形成的“巨分子”的部分结构。有关说法不正确的是( )
B
A．B12难溶于水
B．B12为正二十四面体
C．该物质为B的一种同素异形体
D．该晶体熔点高、硬度大
解析：B12的空间结构与水分子相似性较小，难溶于水，故A正确；在几何学方面，正二十四面体是不存在的，故B错误；同素异形体是同种元素构成的不同种单质，故B12是B的一种同素异形体，故C正确；B12是空间网状结构，熔点较高，硬度较大，故D正确。
5.下列过程与超分子的分子识别无关的是（ ）
A．两种特定类型的 DNA 分子才会结合
B．淀粉与碘结合变蓝
C．用 12-冠-4 分离 Na+ 中的 Li+
D．杯酚和 C60 形成的超分子在氯仿中解体
D
6. 下列不能看作超分子的是（ ）
A．两个 DNA 分子链通过氢键结合在一起
B．细胞膜中的磷脂分子的双层膜结构
C．冠醚与金属离子的聚集体
D．所有以氢键结合在一起的分子
D
7.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与锂离子作用而不与钠离子、钾离子作用;18-冠-6与钾离子作用(如图),还可与重氮盐作用,但不与锂离子或钠离子作用。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与钾离子作用,不与锂离子或钠离子作用,这反映了超分子的“分子识别”的特征
C.18-冠-6与钾离子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
8．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：
(1)Mo处于第五周期第ⅥB族，价电子排布与Cr相似，它的基态价电子排布式是 ；核外未成对电子数是 个。
(2)该超分子中存在的化学键类型有 (填字母)。
A．σ键 B．π键 C．离子键 D．氢键
4d55s1
6
AB
p-甲酸丁酯吡啶配体
(3)该超分子中配体CO提供孤电子对的原子是 (填元素符号)，p- 甲酸丁酯吡啶配体中C原子的杂化方式有 。
8．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：
p-甲酸丁酯吡啶配体
sp2和sp3
C
8．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：
p-甲酸丁酯吡啶配体
(4)从电负性角度解释CF3COOH的酸性强于CH3COOH的原因是 。
F的电负性大，对电子的吸引能力强，使共用电子对偏向F，进而使O—H键极性增强，更易断裂，故CF3COOH的酸性强于CH3COOH
超分子
概 念
作用力
特征
分子识别
自组装
冠醚识别碱金属离子
“杯酚”分离C60 和 C70
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称为超分子。
通过非共价键结合，包括氢键、静电作用、疏水作用以及一些分子与金属离子形成的弱配位键等。
课堂小结
网
科
学
第四节 配合物与超分子
第二课时 超分子
第三章 晶体结构与性质
DNA碱基配对
双螺旋DNA的两条分子链是通过什么结合的？
二、超分子
常见的DNA碱基配对结构
A T
G C
DNA碱基对是通过氢键相互识别并结合的
DNA碱基配对
二、超分子
氢键
DNA碱基配对
二、超分子
氢键是最强的分子间相互作用，很多分子可以通过氢键相互结合，形成具有固定组成的一个分子簇，这就是所谓的超分子。
1. 概 念:
由两种或两种以上的分子(包括离子)通过分子间相互作用形成的分子聚集体。
2. 微粒间作用力
主要是静电作用、范德华力、氢键、疏水作用以及一些分子与金属离子形成的弱配位键等。
二、超分子
注意：超分子定义中的分子是广义的，包括离子。
神奇的超分子，借分子间作用力形成复杂的组织结构
——非共价键
分子聚集体有的是有限的，有的是无限伸展的。
二、超分子
3.分子聚集体大小：
有的是有限的
有的是无限伸展的
4. 重要特征及其应用
二、超分子
——①分子识别：
a. “杯酚”分离 C60 和 C70
P98
4. 重要特征及其应用
a. “杯酚”分离 C60 和 C70
C60
C70
这个例子反映出来的超分子的特性被称为“分子识别”。
二、超分子
——①分子识别：
杯酚与C60通过范德华力相结合，通过尺寸匹配实现分子识别
b. “冠醚”识别碱金属离子
二、超分子
4. 重要特征及其应用
——①分子识别：
P98
b. “冠醚”识别碱金属离子
4. 重要特征及其应用
——①分子识别：
二、超分子
冠醚，是分子中含有多个-氧-亚甲基(CH2)-结构单元的大环多醚。
15-冠-5
猜想这些名称的含义
12-冠-4
C 原子：8 O 原子：4
环上总原子数：8 + 4 = 12
C 原子：10 O 原子：5
环上总原子数：10 + 5 = 15
冠醚是皇冠状的分子，有不同大小的空穴，能与正离子，尤其是碱金属离子络合
b. “冠醚”识别碱金属离子
4. 重要特征及其应用
——①分子识别：
二、超分子
思考：冠醚靠什么原子吸引阳离子？
C 原子是环的骨架，稳定了整个冠醚，
O 原子吸引阳离子。
冠醚与金属阳离子通过配位作用相结合形成超分子
冠醚 冠醚空腔直径/pm 适合的粒子(直径/pm)
12-冠-4 15-冠-5 18-冠-6 21-冠-7 120~150 170~220 260~320 340~430 Li＋（152） Na＋（204） K＋（276） Rb＋（304） Cs＋（334）
P99 表3-6 冠醚识别钾离子
b. “冠醚”识别碱金属离子
4. 重要特征及其应用
——①分子识别：
二、超分子
不同冠醚的空腔尺寸不同，与不同的阳离子相匹配，从而实现选择性结合。
Li+
Na+
K+
超分子的实例
应用举例：相转移催化剂
问题背景：
高锰酸钾溶液可以氧化甲苯，
从而褪色。
冠醚识别碱金属离子的应用
但是高锰酸钾易溶于水，难溶于甲苯，难以和甲苯充分接触。
甲苯
K+
MnO4
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
溶有18-冠-6的甲苯与高锰酸钾水溶液反应
资料卡片
MnO4
-
K+
冠醚能与阳离子尤其是碱金属阳离子作用，将阳离子以及对应的阴离子都带入有机溶剂，因而成为有机反应中很好的催化剂。
甲苯
K+
MnO4
“杯酚”与冠醚形成的超分子，虽然识别的分子、离子不同，但环状结构异曲同工，且尺寸可控。
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，这是人类在操控分子方面迈出的重要一步。
——超分子自组装
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。
4. 重要特征及其应用
二、超分子
K+
K+
超分子的自组装
参与形成超分子的主客体分子，能够自发地形成有序结构，这一特性被称为“自组装”。
超分子的自组装
纯水 洗涤灵 胶束
——超分子自组装
4. 重要特征及其应用
二、超分子
表面活性剂
第二章 第三节 分子结构与物质性质
P53
从分子结构上说，也可以叫“两亲分子”，
硬脂酸根（传统肥皂的有效成分之一）
十二烷基苯磺酸根
（合成洗涤剂中常用的表面活性剂）
一端为亲水基团，另一端为疏水基团。
表面活性剂：
亲水基团
疏水基团
亲水基团
低浓度时，优先在溶液表面形成单分子层，降低表面张力。
高浓度时，剩余的表面活性剂在溶液中形成胶束。
相似相溶
亲水端倾向于与水相接触
疏水端倾向于不与水接触，彼此聚集
P54
第二章 第三节 分子结构与物质性质
细胞外部
磷脂分子
双分子层
细胞质
疏水端
亲水端
亲水端
含义：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。
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。
研究领域：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。
【超分子化学】
课堂小结
超分子的特征之一：分子识别
超分子的特征之二：自组装
超分子是由两种或两种以上的分子（或离子）通过分子间相互作用形成的分子聚集体
深度思考
1.冠醚与碱金属离子之间的配位键属于离子键、共价键、氢键还是分子间作用力？
提示 共价键。
2.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？
提示 阴离子，离子晶体。
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)超分子的性质与组成超分子的单个分子的性质相同。( )
(2)超分子是相对分子质量很大的有机化合物。( )
(3)超分子内部分子可以通过非共价键结合。( )
√
×
×
(4)超分子都是无限伸展的。( )
(5)形成超分子的微粒都是分子。( )
(6)超分子具有分子识别和自组装的特征。( )
√
×
×
1.下列有关超分子的说法正确的是 ( )
A.超分子是如蛋白质一样的大分子
B.超分子是由小分子通过聚合得到的高分子
C.超分子是由高分子通过非化学键作用形成的分子聚集体
D.超分子是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
D
解析：超分子不同于蛋白质、淀粉等大分子，也不同于高分子，超分子是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，故选D。
2.冠醚(皇冠状分子)因具有分子识别能力,成为超分子化学中重要一员。18-冠-6 是其中的一种,结构如图。下列说法正确的是( )。
A.该分子是CH3OCH3的同系物
B.该分子中所有原子可能共平面
C.该分子含有σ键、极性键、非极性键
D.该有机物的最简式与甲醛的分子式相同
C
3.利用分子间作用力形成超分子进行“分子识别”，实现分子分离，是超分子化学的重要研究和应用领域。如图表示用“杯酚”对C60和C70进行分离的过程，下列对该过程的说法错误的是( )
A
A．C70能溶于甲苯，C60不溶于甲苯
B．C60能与“杯酚”形成超分子
C．C70不能与“杯酚”形成超分子
D．“杯酚”能够循环使用
4.如图为B12单元形成的“巨分子”的部分结构。有关说法不正确的是( )
B
A．B12难溶于水
B．B12为正二十四面体
C．该物质为B的一种同素异形体
D．该晶体熔点高、硬度大
解析：B12的空间结构与水分子相似性较小，难溶于水，故A正确；在几何学方面，正二十四面体是不存在的，故B错误；同素异形体是同种元素构成的不同种单质，故B12是B的一种同素异形体，故C正确；B12是空间网状结构，熔点较高，硬度较大，故D正确。
5.下列过程与超分子的分子识别无关的是（ ）
A．两种特定类型的 DNA 分子才会结合
B．淀粉与碘结合变蓝
C．用 12-冠-4 分离 Na+ 中的 Li+
D．杯酚和 C60 形成的超分子在氯仿中解体
D
6. 下列不能看作超分子的是（ ）
A．两个 DNA 分子链通过氢键结合在一起
B．细胞膜中的磷脂分子的双层膜结构
C．冠醚与金属离子的聚集体
D．所有以氢键结合在一起的分子
D
7.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与锂离子作用而不与钠离子、钾离子作用;18-冠-6与钾离子作用(如图),还可与重氮盐作用,但不与锂离子或钠离子作用。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与钾离子作用,不与锂离子或钠离子作用,这反映了超分子的“分子识别”的特征
C.18-冠-6与钾离子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
8．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：
(1)Mo处于第五周期第ⅥB族，价电子排布与Cr相似，它的基态价电子排布式是 ；核外未成对电子数是 个。
(2)该超分子中存在的化学键类型有 (填字母)。
A．σ键 B．π键 C．离子键 D．氢键
4d55s1
6
AB
p-甲酸丁酯吡啶配体
(3)该超分子中配体CO提供孤电子对的原子是 (填元素符号)，p- 甲酸丁酯吡啶配体中C原子的杂化方式有 。
8．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：
p-甲酸丁酯吡啶配体
sp2和sp3
C
8．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：
p-甲酸丁酯吡啶配体
(4)从电负性角度解释CF3COOH的酸性强于CH3COOH的原因是 。
F的电负性大，对电子的吸引能力强，使共用电子对偏向F，进而使O—H键极性增强，更易断裂，故CF3COOH的酸性强于CH3COOH
超分子
概 念
作用力
特征
分子识别
自组装
冠醚识别碱金属离子
“杯酚”分离C60 和 C70
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称为超分子。
通过非共价键结合，包括氢键、静电作用、疏水作用以及一些分子与金属离子形成的弱配位键等。
课堂小结