北京大学化学与分子工程学院 分子间相互作用与分子识别
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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Rm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北京大学化学与分子工程学院 分子间相互作用与分子识别2
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 作用力类型 |
能量与距离的关系 |
|
荷电基团静电作用 |
1/r |
| 离子-偶极子 |
1/r2 |
| 离子-诱导偶极子 |
1/r4 |
| 离子-诱导偶极子 |
1/r6 |
| 偶极子-偶极子 |
1/r6 |
| 诱导偶极子-诱导偶极子 |
1/r6 |
|
非键推斥 |
1/r 9-1/r12 |
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