超分子组装

在化学中，超分子组装是由非共价键固定在一起的分子复合物。虽然超分子组装可以简单地由两个分子组成（例如，DNA双螺旋或一个包容化合物），或在一个四元复合物中确定数量的随机互动的分子，但它更经常被用来表示由不确定数量的分子组成的更大的复合物，形成球状、棒状或片状的物种。

胶体、液晶、生物分子凝结物、胶束、脂质体和生物膜都是超分子集合体的例子，其研究领域被称为超分子化学。超分子集合体的尺寸可以从纳米到微米不等。

因此，它们允许使用自下而上的方法获得纳米级的物体，其步骤比类似尺寸的单一分子少得多。

超分子组合的形成过程被称为分子自组装。有些人试图将自组装区分为单个分子形成定义的集合体的过程。那么，自组织则是这些聚合体创造高阶结构的过程。这在讨论液晶和嵌段式共聚物时是很有用的。

正如配位化学所研究的，金属离子（通常是过渡金属离子）在溶液中与配体结合，在许多情况下，配位球定义了有利于配体之间或涉及配体和其他外部试剂的反应的几何结构。

Charles Pedersen在以金属阳离子为模板合成各种冠醚的过程中描述了一种众所周知的金属离子模板。例如，18-冠醚与钾离子强烈配位，因此可以通过使用钾离子作为模板金属的威廉森醚合成来制备。

金属离子经常被用于组装大型超分子结构。金属有机框架（MOFs）就是一个例子。MOFs是无限的结构，金属作为节点将有机配体连接在一起。

SCCs是离散的系统，选定的金属和配体经过自组装形成有限的超分子复合物，通常形成的复合物的大小和结构可以由选定的金属-配体键的角度决定。

氢键辅助超分子组装是通过非共价氢键的相互作用将小的有机分子组装成大型超分子结构的过程。氢键的方向性、可逆性和强键性使其成为超分子组装中一种有吸引力的有用方法。诸如羧酸、尿素、胺和酰胺等官能团通常被用来通过氢键组装高阶结构。

氢键在大型生物分子的二级和三级结构的组装中起着重要作用。

DNA双螺旋是由核碱基之间的氢键形成的：腺嘌呤和胸腺嘧啶形成两个氢键，而鸟嘌呤和胞嘧啶形成三个氢键（图：（a）DNA双链形成中的氢键）。

自然界中氢键辅助组装的另一个突出例子是蛋白质二级结构的形成。α-螺旋和β-片都是通过酰胺氢和酰胺羰基氧之间的氢键形成的（图：（b）蛋白质β-片结构中的氢键）。

在超分子化学中，氢键已被广泛地应用于晶体工程、分子识别和催化。氢键是自下而上的方法中最常用的协同物之一，用来设计晶体中的分子相互作用。

超分子组装的代表性氢键模式如图所示 超分子组装的代表性氢键模式。氰尿酸和三聚氰胺的1：1混合物形成了具有高度密集的氢键网络的晶体。这种超分子聚合体已被用作工程其他晶体结构的模板。

超分子组装体没有具体的应用，但却是许多有趣的反应的主题。一种纳米纤维形式的多肽两亲物的超分子组合已被证明可以促进神经元的生长。

这种超分子方法的一个优点是，纳米纤维将降解回可以被人体分解的单个肽分子。通过树枝状二肽的自我组装，可以产生空心圆柱体。

圆柱形组件拥有内部螺旋秩序，并自我组织成柱状液晶格子。当插入囊状膜时，多孔的圆柱形组合体介导质子的跨膜运输。树突的自组装产生了纳米线的阵列。电子供体-受体复合物构成了圆柱形组件的核心。