德国Nano Temper ---分子间相互作用测量仪MST

德国Nano Temper ---分子间相互作用测量仪MST

最新的分子间相互作用分析技术平台

快速、无需固定、低样品量、天然溶液、高灵敏度

技术优势：

☆快速：在10分钟之类测量解离常数

☆高灵敏范围：从离子和片段结合到复合物间作用

☆天然的环境条件：直接在血清和裂解液中测量

☆样品使用量低：nM的浓度下只需<4ul样品量

☆溶液测量：不需要固定到固相表面

☆动力学范围：亚-nM和mM的解离常数

☆极低消耗费、无维护费、简单易操作

工作原理：

微量热泳（MST）是一种分析生物分子的技术。微尺度热泳是粒子在微观的温度梯度中的定向运动。生物分子结构/构象的变化引起的水化层的变化导致的沿温度梯度运动的相对变化可以用来确定亲和力。甚至像蛋白质磷酸化或小分子结合到靶标上都可以被监测。MST 也允许直接在溶液中测量分子间相互作用，而不需要一个固定的表面（无需固定）。MST是由总部设在慕尼黑的德国高科技公司NanoTemper技术有限公司发展出来的。

微尺度热泳（MST）是一种新的方法，可以定量分析溶液中微升的分子间的相互作用。MST是基于热泳效应，即沿温度梯度定向的分子运动。一个空间的温度差ΔT导致分子浓度在温度升高的地区的变化，用Soret系数ST定义为：

/ C冷= EXP（-S TΔT）。

C热

热泳取决于分子和溶剂之间的界面。在恒定的缓冲条件下，热泳反映出分子大小，电荷和溶剂化熵。一个荧光标记分子A的热泳由于大小、电荷和溶剂化熵的差异通常显著不同于分子和靶标形成的复合物AT。这种分子的热泳的区

别可以用来量化在一定缓冲条件下，梯度滴定实验的结合常数。

MST技术介绍

测量荧光标记分子的热泳运动是通过监测荧光毛细管内分布F。微观的温度梯度产生的红外激光，这是集中到毛细管强烈被水吸收。水溶液在激光光斑的温度升高ΔT= 5 K.之前的红外激光是在同质化的荧光分布F是毛细管内观察到的冷切换。当红外激光开关，两方面的影响，其时间尺度分离，有利于新的荧光分布F热。热弛豫时间快和诱导荧光染料，由于当地环境的依赖反应温度跳跃约束力的依赖下降。在较慢的扩散时间尺度（10秒），分子运动从局部加热区域外的低温地区。当地的分子浓度降低，直到达到一个稳态分布在激烈的地区。

虽然质量扩散D的决定消耗的动力学，S T确定的稳态浓度比例下温度上升c hot/c cold=exp(-S TΔT) ≈ 1-S TΔT。归一化荧光F norm = F热/ F冷主要是这个浓度比，除了温度跳跃?F /?T。的线性近似，我们发现：F norm = 1 +（?F /?TS T）的温差。由于荧光强度的线性和热泳枯竭，F norm（A）未结合的分子归荧光和约束复杂的F norm（AT）线性叠加。表示x的绑定到目标分子的一小部分，在目标T滴定的荧光信号不断变化的计算公式如下：F norm=(1-x) F norm(A)+x F norm(AT)。

定量绑定参数获得通过的约束力基板的连续稀释。通过绘制F 规范对系列稀释的不同浓度的对数，获得一个S形的结合曲线。这种结合曲线，可以直接安装质量作用定律的非线性解与解离常数K e，作为结果。微量热泳（MST）是一种分析生物分子的技术。微尺度热泳是粒子在微观的温度梯度中的定向运动。生物分子结构/构象的变化引起的水化层的变化导致的

实验流程：

很简单的实验方法,避免了昂贵的样品消耗和繁琐的制备过程。

结合毛细管使用，大大降低其他的标准的分子相互作用的技术所需的实验成本，并且可以测量天然状态环境中的生物分子间的相互作用。

荧光分子的浓度的保持不变而结合分子的浓度梯度增加。一个4 ul的样品量被填充在MST毛细血管，然后使用制造一个局部温度梯度。由于标记分子在玻璃毛细管中的运动导致的区域荧光强度变化就会被观测到。既可用标签/萤光蛋白来发光(NT.115系统)，也可以用色氨酸自发荧光来检测(https://www.wendangku.net/doc/946609236.html,belFree系统)。

荧光分子或颗粒最初是自由均匀分布的。在红外激光照射下，分子收到热泳动的作用力，而移出加热区域，最后分子在热泳动作用力和质量扩散作用力下达到平衡，形成稳定态。在关闭激光后，分子扩散重建均匀分布状态。下图显示了该过程。

主要特点：

NanoTemper独特的MST技术，可应用于：

☆直接在生物溶液环境中测量任何（生物）分子间亲和力(KD, 解离常数)

☆研究血清、细胞裂解液或其它生物溶液对生物分子的作用，并且能够分离出真正的结合过

☆直接在细胞膜上研究膜结合蛋白

☆研究溶液中酶活性、复合物形成、定向组装过程的多组分反应或者生化成分

☆使用荧光标记竞争物以无标记的方式获得更大的筛选项目(“竞争性MST” )

☆一个靶标上不同结合位点的区分

☆研究酶动力学(vmax, kcat)

☆研究化学计量学并确定生物分子结合位点的数目

☆研究结合能量学ΔG (自由能), ΔH (焓) and ΔS (熵)

☆直接测量或是在竞争性实验中研究抑制物亲和力Ki

☆这个方向是MST最常用的应用，一个结合物浓度固定，另一个梯度变化…不同于直接相互作用，这写实验中的荧光信号是被竞争物挤下来的分子发出的，用于研究竞争性结合物的结合能力…该研究使用与确定靶分子上的配体结合位点…该研究用于测定反应中的热力学参数，包括焓和熵…

分子间的相互作用

课题：三、分子间的相互作用 课时：1课时 教学要求：1、让学生知道分子间同时存在着引力和斥力，实际表现出来的分子力，是 分子引力和斥力的合力； 2、让学生知道合力为0时，分子间距离r0数量级是10-10 m； 3、让学生知道当r < r0 时，分子力表现为斥力，并随r的减小而迅速 增大；当r > r0时，分子力表现为引力，并随r 的增大而减小； 4、让学生知道分子力是短程力，当r > 10r0时，分子力为0； 5、使学生能用分子力的知识解释有关简单的现象； 6、让学生了解什么是分子势能，以及分子势能与分子间距离的关系； 教学重点：分子力与分子间距离的关系； 教学难点：分子势能的概念； 教具：弹簧 教学过程： 一、引入新课： 我们知道，分子间存在着相互作用力：引力和斥力。 例如：折断木棍，拉断绳子，很费力； 铁棍很难使之伸长； 拉长的皮筋松手后能恢复原状； 两块铅块压紧后能连在一起； 课本P8 小实验：体验分子力的作用，拉玻璃板的力大于板的重力； 以上这些例子都说明了分子间有引力。 例如：固体、液体很难被压缩，这说明分子间有斥力。 可见：分子间存在引和斥力，拉伸物体时，表现为引力；压缩物体时，表现为斥力； 二、新课讲授： （一）分子力： 气体容易被压缩，水和酒精混合后总体积变小，这些事实说明气体分子之间、液体分子之间都有空隙。有人曾用相当于大气压两万倍的压强压缩钢筒中的油，发现油可以透过筒壁

渗出，这说明组成钢的微粒之间也有空隙。（前面我们认为固体分子和液体分子是一个挨一个地排列的，那只是为了估算分子的大小而做的近似处理）。 但是，分子间虽然有空隙，大量分子却能聚集在一起形成固体或液体，这是因为分子之间存在着引力。 我们知道，分子间存在着引力和斥力，并且引力和斥力是同时存在的，那么，实际表现出来的分子力，就是分子引力和斥力的合力。 而引力和斥力的大小都跟物体分子间的距离有关。 （二）分子间作用力与分子距离的关系： 当分子间的距离比较大时，分子间的相互作用表现为引力； 当分子间的距离比较小时，分子间的相互作用表现为斥力； 为了帮助想象分子力与分子距离的关系，可采用一种简化的模型： 分子———弹性小球 分子间———轻质弹簧 分子间距离近时，互相排斥；———弹簧被压缩 分子间距离远时，互相吸引；———弹簧被拉长 分子间距离不近不远时，既不吸引也不排斥；———弹簧处于原长 注：1、分子间既不吸引也不排斥的距离，大约是10-10 m 的数量级———平衡距离； 2、分子间的相互作用力是短程力，当距离超过10-9m 的数量级时，分子力十分微弱，可以忽略不计； 3、分子由原子组成的，原子的中心有带正电的原子核，核的外面有带负电的电子。分子间这样复杂的作用力就是由这些带电粒子的相互作用引起的。 （三）分子势能： 地面上的物体与地球相互吸引而具有重力势能，发生弹性形变的弹簧，由于各部分相互作用力而具有弹性势能。同样，由分子动理论可知，分子间也存在相互作用力，要改变分子间的相对位置，就必须克服分子力做功，因此分子也具有由它们的相对位置所决定的———分子势能。 1、分子势能与分子距离有关：

(完整版)分子间的相互作用练习题(含答案)

分子间的相互作用 1、水与酒精混合后体积缩小的现象，说明______；布朗运动说明______；两块铅块压紧以后能连成一体，说明______；固体和液体很难被压缩，说明______。 2、当两个分子之间的距离为r0时,正好处于平衡状态,下面关于分子间相互作用的引力和斥力的各说法中,正确的是( ). (A)两分子间的距离小于r0时,它们之间只有斥力作用 (B)两分子间的距离小于r0时,它们之间只有引力作用 (C)两分子之间的距离小于r0时,它们之间既有引力又有斥力的作用,而且斥力大于引力 (D)两分子之间的距离等于2r0时,它们之间既有引力又有斥力的作用,而且引力大于斥力 3、分子间的相互作用力由引力f引和斥力f斥两部分组成,则( ). (A)f斥和f引是同时存在的 (B)f引总是大于f斥,其合力总表现为引力 (C)分子之间的距离越小,f引越小,f斥越大 (D)分子之间的距离越小,f引越大,f斥越小 4、下列关于分子间的相互作用力的说法中正确的是( ). (A)分子间的相互作用力是由组成分子的原子内部的带电粒子间的相互作用而引起的 (B)分子间的相互作用力是引力还是斥力跟分子间的距离有关,当分子间距离较大时分子间就只有相互吸引的作用,当分子间距离很小时分子间就只有相互推斥的作用 (C)分子间的引力和斥力总是同时存在的 (D)温度越高,分子间相互作用力就越大 5、两个同种类的分子从相距较远处以相等的初速度相向运动,在靠近到距离最小的过程中,其动能的变化情况为( ). (A)一直增加(B)先增加,后减少 (C)一直减少(D)先减少,后增加 6、固体和液体很难被压缩，是因为 (A)分子间没有间隙；(B)分子间有引力； (C)分子间有斥力；(D)分子有一定的大小. 7、分子间的相互作用力由引力f引和斥力f斥两部分组成,则( ). (A)f斥和f引是同时存在的 (B)f引总是大于f斥,其合力总表现为引力 (C)分子之间的距离越小, f引越小,f斥越大 (D)分子之间的距离越小, f引越大,f斥越小 8、关于分子间的作用力，下列说法正确的是（） （A）当分子间距离为r0（其数量级为10-10m ）时，它们之间既没有引力，也没有斥力 （B）分子间的引力和斥力都随它们距离的增大而减小 （C）两分子从远离逐渐靠近至无法靠近的过程中分子力逐渐增大 （D）分子间的合力可以为零 9、液体和固体都很难压缩，这是因为（） （A）分子间没有间隙 （B）分子间的引力太小 （C）分子间的距离缩小时，分子斥力急剧增加 （D）分子在不断地做无规则运动 10、两个分子甲和乙，设甲固定不动，乙逐渐向甲靠近直到不能再靠近的整个过程中，则

分子间相互作用与分子识别

分子间相互作用与分子识别 （北京大学化学与分子工程学院张驰窦萌徐迟胡田骁） 摘要：化学的研究几百年来主要集中在分子层次，针对分子的组成、结构和性质。分子的微观结构决定了其宏观性质，而联系宏观性质和微观结构的就是分子之间的相互作用和反应。自从1987年诺贝尔奖获得者J.M.Lehn提出超分子的概念以来，这一学科迅速发展，在现代材料、催化剂等领域起着极大的作用。超分子的性质和结构主要由分子间相互作用决定，分子间相互作用的一种特异选择性表现在分子识别上。本文通过介绍分子间相互作用的类型和分子识别的基本原理，简单阐述了超分子化学的基础内容和一些实例。 关键词：分子间力Van der Waals力次级键氢键分子识别原理应用超分子 一、分子间相互作用 1.什么是分子间相互作用 分子间相互作用就是基团或分子间除去共价键、离子键、和金属键外一切相互作用力的总称。物质凝聚态的存在是分子间存在相互作用的最简单的证据。 分子间相互作用的强弱可以用分子间相互作用能U的大小来衡量，它是一个势能量，为分子间距离R的函数。如图1.1.1所示：它有一个在长程相互吸引的区域， 其力为-?V/?R它在较劲的范围是排斥区；式中R m是相应于能量最低点的分子间距 离，σ表示分子间势能为零的距离，ε表示吸引势阱的深度。V(R)函数曲线的形式会 因分子的不同而略有差异，但它们是具有共同的特征的。 图1.1.1典型分子间作用势能函数 2.分子间相互作用的组成 分子间相互作用主要包括：离子或电荷基团，偶极子，诱导偶极子等之间的相

互作用力，氢键力，疏水基团相互作用力及非键电子推迟力等，大多数分子间作用能在10kJ.mol-1以下，比通常的共价键键能小一、二个数量级，作用范围约为0.3-0.5nm，除氢键外，一般没有方向性和饱和性。 各种分子间相互作用能的大小与距离r的函数关系如下： 表1.2.1一些分子间相互作用能与分子间距离的函数关系 （1）Van der Waals力 以上表1.2.1中作用能与1/r6成正比的三种作用力统称Van der Waals 力。它是人们在研究气体行为时，发现在气相中分子之间存在吸引力和排斥的作用，用Van der Waals方程以校正实际气体对理想气体的偏离时提出来的，Van der Waals方程如下。如果气体占据的体积为V，气体分子占据的体积为b，那么V-b为气体中分子自由移动空间。分子间的吸引力使得气体体积缩小，正比于密度平方，因此引入常数a来表征这一影响。 p+a v2 V?b=RT Van der Waals力分为三种： a.静电力或永久偶极相互作用力 极性分子有永久偶极矩，永久偶极矩间可以产生静电作用使能量体系降低。理论计算得到这种静电作用平均能量为： E 静=? 2μ12μ22 6 2 其中μ1和μ2是两个相互作用分子的偶极矩，r是分子质心间的距离，k 为Boltzmann常数，T为绝对温度。由此可见，分子间静电作用能随分子的偶极矩增大而增大，对同类分子来说静电作用能和偶极矩四次方成正比。当温度升高时，破坏偶极子的取向，相互作用能降低，故它是和绝对温度T 成反比的。 b.诱导力即偶极子-诱导偶极子间作用力 非极性分子在极性分子偶极矩电场的影响下会发生”极化作用”,即电子

分子间相互作用

第3章分子间相互作用势和流体结构 第1章介绍的流体及其混合物的相平衡热力学基础，是根据一些基本的定律和假设通过演绎推理得到的宏观系统状态间的普遍联系。但它在实际进行相平衡计算(见第2章)时，需要输入能够表征所研究系统特征的纯流体及其混合物的性质(包括热物理性质和相行为等)。这些性质可以是实验数据，也可以是分子热力学模型(如，理想气体热容随温度变化的表达式、状态方程和液体混合物的液相活度因子模型等)。 这些性质通常来源于实验测定。然而，宏观的实验并不能洞察为什么物质具有所观测到的性质，要达到这一目的需要从微观角度出发。流体的热物理性质和相行为是大量分子的集体行为的结果，它们决定于分子的结构及分子间相互作用。统计力学是联系微观的分子结构和分子间相互作用与宏观热力学性质的桥梁。根据统计力学理论，只要知道流体分子间的相互作用能随分子间距离的变化关系即势能函数 ij(r ij)，就可以计算系统的正则配分函数，进而得到系统的亥氏函数，并进一步通过热力学普遍关系式，由亥氏函数求导得到热力学能、焓、熵、Gibbs能、化学势等其它热力学性质。本章对分子间相互作用、势能函数模型以及液体结构模型作一简单介绍，关于分子间相互作用的更详细的知识可以参阅有关著作[3-1~3-8]。 3.1 分子间相互作用 分子间作用可分为排斥作用和吸引作用两种，一般情况下两个分子间既存在排斥作用也存在吸引作用，总的作用是两者之和。从作用范围来分，又可分为长程作用和短程作用。静电作用、诱导作用和色散作用是长程作用，其相互作用势能与分子间距离的某个次方成反比。当分子间距离比较小时，其电子云将发生重叠，而发生排斥作用，这种排斥作用常常随距离成指数形式衰减，所以称为短程相互作用。理论上我们可以根据量子力学的第一性原理或从头算法计算分子间作用能。 3.1.1 静电作用 流体混合物是由分子和/或离子组成的，其中离子带有正电荷或负电荷。惰性气体等球形分子，其电荷分布是球对称的，正电荷中心与负电荷中心完全重合，通常称为非极性分子。当分子的正电荷中心和负电荷中心不重合时，则形成偶极矩，称为极性分子。有的分子具有多个正的或负的电荷中心，可以形成四偶极矩、八偶极矩、十六偶极矩等。这些离子、偶极分子和多极分子之间的相互作用主要是静电作用。 (1) 点电荷间的静电作用 设有两个相距为r的点电荷q i和q j，按库仑(Coulomb)定律，它们的相互作用力为：

德国Nano Temper ---分子间相互作用测量仪MST

德国Nano Temper ---分子间相互作用测量仪MST 最新的分子间相互作用分析技术平台 快速、无需固定、低样品量、天然溶液、高灵敏度 技术优势： ☆快速：在10分钟之类测量解离常数 ☆高灵敏范围：从离子和片段结合到复合物间作用 ☆天然的环境条件：直接在血清和裂解液中测量 ☆样品使用量低：nM的浓度下只需<4ul样品量 ☆溶液测量：不需要固定到固相表面 ☆动力学范围：亚-nM和mM的解离常数 ☆极低消耗费、无维护费、简单易操作 工作原理： 微量热泳（MST）是一种分析生物分子的技术。微尺度热泳是粒子在微观的温度梯度中的定向运动。生物分子结构/构象的变化引起的水化层的变化导致的沿温度梯度运动的相对变化可以用来确定亲和力。甚至像蛋白质磷酸化或小分子结合到靶标上都可以被监测。MST 也允许直接在溶液中测量分子间相互作用，而不需要一个固定的表面（无需固定）。MST是由总部设在慕尼黑的德国高科技公司NanoTemper技术有限公司发展出来的。 微尺度热泳（MST）是一种新的方法，可以定量分析溶液中微升的分子间的相互作用。MST是基于热泳效应，即沿温度梯度定向的分子运动。一个空间的温度差ΔT导致分子浓度在温度升高的地区的变化，用Soret系数ST定义为： / C冷= EXP（-S TΔT）。 C热 热泳取决于分子和溶剂之间的界面。在恒定的缓冲条件下，热泳反映出分子大小，电荷和溶剂化熵。一个荧光标记分子A的热泳由于大小、电荷和溶剂化熵的差异通常显著不同于分子和靶标形成的复合物AT。这种分子的热泳的区

别可以用来量化在一定缓冲条件下，梯度滴定实验的结合常数。 MST技术介绍 测量荧光标记分子的热泳运动是通过监测荧光毛细管内分布F。微观的温度梯度产生的红外激光，这是集中到毛细管强烈被水吸收。水溶液在激光光斑的温度升高ΔT= 5 K.之前的红外激光是在同质化的荧光分布F是毛细管内观察到的冷切换。当红外激光开关，两方面的影响，其时间尺度分离，有利于新的荧光分布F热。热弛豫时间快和诱导荧光染料，由于当地环境的依赖反应温度跳跃约束力的依赖下降。在较慢的扩散时间尺度（10秒），分子运动从局部加热区域外的低温地区。当地的分子浓度降低，直到达到一个稳态分布在激烈的地区。 虽然质量扩散D的决定消耗的动力学，S T确定的稳态浓度比例下温度上升c hot/c cold=exp(-S TΔT) ≈ 1-S TΔT。归一化荧光F norm = F热/ F冷主要是这个浓度比，除了温度跳跃?F /?T。的线性近似，我们发现：F norm = 1 +（?F /?TS T）的温差。由于荧光强度的线性和热泳枯竭，F norm（A）未结合的分子归荧光和约束复杂的F norm（AT）线性叠加。表示x的绑定到目标分子的一小部分，在目标T滴定的荧光信号不断变化的计算公式如下：F norm=(1-x) F norm(A)+x F norm(AT)。 定量绑定参数获得通过的约束力基板的连续稀释。通过绘制F 规范对系列稀释的不同浓度的对数，获得一个S形的结合曲线。这种结合曲线，可以直接安装质量作用定律的非线性解与解离常数K e，作为结果。微量热泳（MST）是一种分析生物分子的技术。微尺度热泳是粒子在微观的温度梯度中的定向运动。生物分子结构/构象的变化引起的水化层的变化导致的 实验流程： 很简单的实验方法,避免了昂贵的样品消耗和繁琐的制备过程。 结合毛细管使用，大大降低其他的标准的分子相互作用的技术所需的实验成本，并且可以测量天然状态环境中的生物分子间的相互作用。 荧光分子的浓度的保持不变而结合分子的浓度梯度增加。一个4 ul的样品量被填充在MST毛细血管，然后使用制造一个局部温度梯度。由于标记分子在玻璃毛细管中的运动导致的区域荧光强度变化就会被观测到。既可用标签/萤光蛋白来发光(NT.115系统)，也可以用色氨酸自发荧光来检测(https://www.wendangku.net/doc/946609236.html,belFree系统)。

(冶金行业)分子间相互作用和超分子组装

（冶金行业）分子间相互作用和超分子组装

第四章分子间相互作用和超分子组装 §4-1分子间相互作用 4-1-1引言 高分子材料中的分子间相互作用是壹个庞大而发展迅速的研究课题，也是研究高分子色彩缤纷的凝聚态结构和性能的核心问题。 众所周知，化学是关于物质及其相互转化的科学，生命现象是其最高表现形式。从1828年人工制备尿素至今的160年中，分子化学已经发展了很多非常复杂和有效的方法，通过以控制和精确的模式打开和组成原子间共价键构造出越来越复杂的分子。化学工业已成为当今社会造福于人类，同时也给人类带来许多挑战性课题的最重要的工业部门之壹。 现代化学和十八、十九世纪的经典化学相比，其研究内容、研究方法、研究特点已不可同日而语。现代化学的显著特点之壹是从宏观进入微观，从静态研究进入动态研究，从个别、细致研究发展到相互渗透、相互联系的研究，从分子内的原子排列向分子间的相互作用发展，新近不久出现的超分子化学就是现代化学生机勃勃发展的最新分支和充满希望的代表。 1987年，美国科学家C.J.Pederson，D.J.Cram，和法国教授J.M.Lehn因在超分子化学研究中的突出贡献而获得诺贝尔化学奖。J.M.Lehn教授在获奖演说中为超分子化学作了简要注释：超分子化学是研究俩种之上的化学物种通过分子间相互作用缔结而成为具有特定结构和功能的超分子体系的科学。简而言之，超分子化学是研究多个分子通过非共价键（次价键）作用而形成的功能体系的科学。 如果说分子化学是建立在共价键基础上的，那么超分子化学就是建立在分子间非共价键基础上的学科。该学科的目标是要对分子间相互作用加以控制。

高分子中的分子间相互作用

第四章分子间相互作用和超分子组装 §4-1 分子间相互作用 4-1-1 引言 高分子材料中的分子间相互作用是一个庞大而发展迅速的研究课题，也是研究高分子色彩缤纷的凝聚态结构和性能的核心问题。 众所周知，化学是关于物质及其相互转化的科学，生命现象是其最高表现形式。从1828年人工制备尿素至今的160年中，分子化学已经发展了很多非常复杂和有效的方法，通过以控制和精确的模式打开和组成原子间共价键构造出越来越复杂的分子。化学工业已成为当今社会造福于人类，同时也给人类带来许多挑战性课题的最重要的工业部门之一。 现代化学与十八、十九世纪的经典化学相比，其研究内容、研究方法、研究特点已不可同日而语。现代化学的显著特点之一是从宏观进入微观，从静态研究进入动态研究，从个别、细致研究发展到相互渗透、相互联系的研究，从分子内的原子排列向分子间的相互作用发展，新近不久出现的超分子化学就是现代化学生机勃勃发展的最新分支和充满希望的代表。 1987年，美国科学家C.J.Pederson，D.J.Cram，和法国教授J.M.Lehn因在超分子化学研究中的突出贡献而获得诺贝尔化学奖。J.M.Lehn教授在获奖演说中为超分子化学作了简要注释：超分子化学是研究两种以上的化学物种通过分子间相互作用缔结而成为具有特定结构和功能的超分子体系的科学。简而言之，超分子化学是研究多个分子通过非共价键（次价键）作用而形成的功能体系的科学。 如果说分子化学是建立在共价键基础上的，那么超分子化学就是建立在分子间非共价键基础上的学科。该学科的目标是要对分子间相互作用加以控制。 超分子化学是一门新兴的处于近代化学、材料科学和生命科学交汇点的前沿科学。它的发展不仅与大环化学（冠醚、穴醚、环糊精、杯芳烃、C60等）的发展密切相联，而且与分子自组装（双分子膜、胶束、DNA双螺旋等）、分子器件和新颖有机材料的研究息息相关。从某种意义上讲，超分子化学超越了分子化学，淡化了有机化学、无机化学、生物化学、和材料科学相互之间的界限，着重强调了具有特定结构和功能的超分子体系，将四大基础化学有机地合为一个整体，融会贯通。从而为分子器件、材料科学和生命科学的发展开辟了一条崭新的道路，并且提供了21世纪化学发展的一个重要方向。 超分子体系是一种分子社会。非共价键式的分子间相互作用决定了这个社会中成员之间的键合、作用和反应，即分子个体和群体的行为。分子间相互作用组成了生命现象中许多重要过程，如高度选择的识别、反应、输运和调控。在设计具有高度有效性及选择性的仿生学体系时，需要对给定分子构造中的分子间相互作用的能量及立体化学的特性有一个正确的理解。在这样的工作中，化学家和材料科学家们受到很多生命现象中巧妙新颖的设计的鼓舞，认识到这种高度的有效性及选择性确实是可以通过化学的方法达到的，而化学家及材料学家们并不仅仅局限于类似生命科学中的体系，他们基于对分子间相互作用的认识及操控在更广阔的空间去创造新的物质，发现新的过程。

分子之间的相互作用力

分子之间的相互作用力 1、共价键 共价键具有一定的大小和方向，是有机分子之间最强的作用力，化学物质（药物、毒物等）可以与生物大分子（受体蛋白或核酸）构成共价键，共价键除非被体内的特异性酶催化断裂以外，很难恢复原形，是不可逆过程，对酶来讲就是不可逆抑制作用。这种作用常常形成长期的药理作用及毒理效应，如抗癌药、抗寄生虫药、化疗药、抗生素、杀虫剂等。化学物质（药物等）的主要共价结合方式有烷基化作用、酰基化作用和磷酰化作用。 药物的主要共价结合方式 方式作用基团药物示例 烷基化N-氯乙基氮芥药物、环磷酰胺 正碳离子甲磺酸乙酯 氮丙啶基氮丙啶苯醌 双氧乙基T-2毒素 酰基化β-内酰胺基青霉素、头孢菌素 氨甲酰基毒扁豆碱 邻二甲酸酐基斑螯素 磷酰化磷酰基丙氟磷 二异丙基氟磷酸酯 药物的共价基团的选择性 药物的共价基团往往具有较高的化学活性而缺乏特异选择性。有些药物或毒物本身结构并没有反应基团，而是在人体内转化生成活性基团。如自力霉素和致癌物苯并蒽就是先在体内转化，再通过生成正碳离子而发生烷基化作用。药物与生物大分子的化学反应与生物分子表面的基团和性质有关。 2、非共价键 生物体系中分子识别的过程不仅涉及到化学键的形成，而且具有选择性的识别。共价键存在于一个分子或多个分子的原子之间，决定分子的基本结构，是分子识别的一种方式。而非共价键（又称为次级键或分子间力）决定生物大分子和分子复合物的高级结构，在分子识别中起着关键的作用。

1)、静电作用 静电作用是指荷电基团、偶极以及诱导偶极之间的各种静电吸引力。酶、核酸、生物膜、蛋白质等生物大分子的表面都具有可电离的基团和偶极基团存在，很容易与含有极性基团的底物或抑制剂等生成离子键和其它静电作用。 （1).离子键 生物大分子表面的带电基团可以与药物或底物分子的带电基团形成离子键。这种键可以解离。 (2).离子－偶极作用 药物分子和受体分子中O、S、N和C原子的电负性均不相等，这些原子形成的键由于电负性差值可以产生偶极现象。这种偶极部分与永久电荷可以形成静电作用。离子-偶极相互作用一般比离子键小得多，键能与距离的平方差成反比，由于偶极矩是个向量，电荷与偶极的取向会影响药物-受体的作用强度。如普鲁卡因及其衍生物的局部麻醉作用与酯羰基的偶极性质有关。 (3).偶极-偶极相互作用 两个原子的电负性不同，产生价键电子的极化作用，成为持久的偶极两个偶极间的作用。偶极—偶极相互作用的大小，取决于偶极的大小、它们之间的距离和相互位置。这种相互作用在水溶液中普遍存在。它的作用强度比离子—偶极作用小，但比偶极—诱导偶极作用大。这种作用对药物—受体相互作用的特异性和立体选择性非常重要。 2)、氢键 氢键的形成氢键是由两个负电性原子对氢原子的静电引力所形成，是一种特殊形式的偶极—偶极键。它是质子给予体X-H和质子接受体Y之间的一种特殊类型的相互作用。 氢键的大小和方向氢键的键能比共价键弱，比范德华力强，在生物体系中为8.4～ 33.4kj/mol(2-8kcal/mol)。键长为0.25～0.31nm，比共价键短。氢键的方向用键角表示，是指X—H与H…Y 之间的夹角，一般为180度～250度。 (1).氢键的分类 氢键可分为分子内和分子间氢键。目前人们根据谱学和晶体结构数据按氢键强弱进行分类。 弱氢键uOH(cm-1)>3200, R(O…O)(nm)>0.270 中强氢键uOH(cm-1)>2800-3100, R(O…O)(nm)>0.26-0.270 强氢键uOH(cm-1)>700-2700, R(O…O)(nm)>0.240-0.260 近年来，人们又提出了一种芳香氢键（α—平面氢键），即芳环的电子云作为质子受体与一个氢键的质