分子识别过程的热力学半定量化研究

【摘要】：分子识别现象在本世纪七十年代超分子化学兴起后显得更加引人注目。超分子化学体系是由若干独立化学物种通过非共价弱相互作用主要是分子间力结合成的具有一定微观结构特征和整体性质的多组分体系。此类体系有三大功能：分子识别、输运作用和催化活性。其中分子识别是最重要的，因为后两大功能的实现要以分子识别为前提。大量的研究工作还表明，实现这三大功能的关键是选择性分子间力。因此，由金松寿、郑小明、和唐新硕等在长期从事物理化学和催化领域的研究工作后提出的集团结构适应性理论和选择性分子间力的概念对新兴起的超分子化学及超分子物理化学领域的研究具有重要意义。选择性分子间力是由于接触分子间某一或某些局部的(原子)集团在空间构型和电荷分布上具有较高适应性而导致的，这种力决定着分子识别的实现。选择性分子间力存在时，相互作用的两物质的分子间力要比通常的范氏力明显地强。这种分子间力的差异，在宏观热力学性质上必然有所表现。因此，本工作的总体思路就是通过测定两组分相互作用达平衡时的焓、熵等热力学函数的变化量。而后根据这些热力学函数变量反过来说明分子间相互作用力的大小及其产生的微观机制。由于分子间作用的环境较为复杂，往往是多因素共同作用，我们只能进行这种半定量研究，具体工作情况如下。 第一章，通过文献综述说明选择性分子间力的研究现状和其与超分子化学及分子识别的关系。 第二章，设计了生物模型分子十八冠六(最早用于超分子化学研究的主体化合物之一)在稀水溶液中提高苯及其衍生物的溶解度的增溶等温线的紫外分光光度法并获得了一些测定结果。用较严格的热力学方法推证了十八冠六和苯等小分子芳香化合物可以形成1∶1主客体配合物。首次测得了18C6和若干芳香化合物配合过程的标准吉布斯自由能变化、热效应和熵效应等热力学参量。应用集团结构适应性理论和分子间力的概念结合己知的分子结构信息解释了所得热力学数据的差异。结果表明，在水介质中十八冠六对若干小分子芳香化合物具有分子识别作用。 第三章，首次用(经分光光度法实现的)相溶解法测定了稀水溶液中β-环糊精(一种对催化研究、生物化学、分析化学和药学科学等化学和与化学有关的领域均