《Supramolecular Chemistry(3rd Edition)》书评

华南理工大学化学与化工学院 孙志红

一、概述

《Supramolecular Chemistry》中文译名为《超分子化学》，第三版由Wiley出版社出版于2022年，本书作者为来自杜伦大学的Jonathan W. Steed教授和密苏里大学哥伦比亚分校的Jerry L. Atwood教授。本书第一版出版于2000年，一经面世就受到广泛关注，第三版在前两版的基础上对章节架构进行了调整和扩展，同时增加了超分子化学领域最新的研究进展，本书是超分子化学领域重要的教材和参考书。

二、内容简介

超分子化学是超越分子之上的化学，以非共价相互作用为基础，以分子自组装聚集体为研究对象的化学。超分子化学是一门高度交叉的学科，在创造新物质和开发功能材料中起着越来越大的推动作用。本书共分17章，内容涵盖超分子化学的基本概念和主客体化学，溶液和界面自组装，晶体工程，分子器件和纳米技术。具体内容如下：

第1章 概念

本章主要介绍了超分子化学的基本概念，从超分子和主客体化学的定义、分类和发展出发，不仅介绍了结合常数的测定，还阐述了螯合和大环的预组织性，热力学和动力学选择性，超分子相互作用和溶剂化作用等重要概念，并指出超分子主体设计和超分子化学的应用方向。

第2章 生命中的超分子化学

本章主要介绍了生物化学和生命体系中一些重要的超分子化学体系，列举了细胞膜内外碱金属离子的传输、植物光合作用中的超分子特征、血红蛋白吸收和运载氧、酶和辅酶、神经递质和荷尔蒙、DNA和遗传密码的例子，并从组装的角度阐述了生物化学中的自组装、生物矿化和生命起源等基本概念。

第3章 阳离子络合主体

本章首先介绍了配位化学的基本概念，紧接着通过几类普遍的阳离子络合大环配体（冠醚、穴醚、球醚等）介绍了分子识别特性的基本理论和大环合成方法，并进一步将这些概念拓展到更复杂体系的应用中去。

第4章 阴离子键合

本章着重阐述了阴离子主体大环的设计理念，并介绍了一些典型的阴离子受体。

第5章 离子-π受体

离子-π受体是指能够通过π-π相互作用与离子结合的分子或者材料。本章主要聚焦于离子-π受体的基本概念，并强调了不稳定配位分子笼作为阴离子受体以及两性受体的设计理念。

第6章 溶液中的分子客体

本章结合超分子作用力的类型介绍了具有固有空腔的主体分子（杯芳烃、葫芦脲、环糊精、分子镊子、环蕃、柱芳烃等）的设计合成、结构特点、在溶液中与中性客体分子的主客体作用以及相关应用。

第7章 固态包合物

本章首先简要介绍了固体包合物的发展、热力学性质、孔结构和吸附性能，然后分类介绍了不同类型的包合物，包括脲包合物、包含水合物、通道包结物、氢醌、苯酚和狄安宁化合物、大环包合物以及共价分子笼，最后强调了配位复合物大环在气体吸附方向的应用。

第8章 晶体工程

本章主要阐述结晶原理、晶体学中成核、生长和多晶型在内的晶体工程的基本概念，介绍了晶体表征、转变和预测晶体的方法，并着重强调了几种不同非共价相互作用的超分子合成子。

第9章 网络固体

本章首先介绍了网络固体的基本概念、拓扑结构和设计原理，并从传统的沸石材料出发，进一步总结了配位聚合物、多孔金属有机框架和共价有机框架材料的结构特性及其在应用方向的研究进展。

第10章 自组装

本章详细阐述了自组装的基本概念，从生物化学中包括蛋白质在内的自组装现象出发，着重介绍了合成体系中热力学和动力学对自组装的影响，最后列举了一些了自组装聚集体，包括螺旋络合物、自组装配位化合物、闭合络合物的氢键自组装和生物分子程序自组装聚集体等。

第11章 机械键

本章简述了机械键的基本概念，并着重介绍了通过机械键构筑的轮烷、索烃、分子结、博罗梅安连环、互穿分子笼和螺纹环的制备方法和拓扑结构。

第12章 分子器件和机器

本章首先介绍了分子器件和分子机器的设计原理，并分类介绍了光化学器件、信息和传感和分子电子器件的调控机制和方法，最后总结了分子机器在纳米汽车和药物传输等方向的研究进展。

第13章 生物模拟和超分子催化

本章从生物化学出发，介绍了环糊精、模拟ATP酶的单环冠、模拟转乙酰酶的阳离子键合主体、金属生物作用点和其它酶类似物的生物模拟材料，并介绍了超分子催化剂的定义、分类和作用机制。

第14章 界面和溶液组装

本章聚焦于超分子化学在界面和液相组装中所起的作用，不仅介绍了溶液中的有序组装结构，也介绍了液晶、离子液体、液体包合物和多孔液体材料的基本概念和研究进展。

第15章 超分子材料

本章主要总结了树枝状分子、分形聚集体、超分子聚合物、凝胶、液晶、机械互锁和生物自组装在内的一系列超分子材料的研究进展。

第16章 动态共价键和复杂系统

本章介绍了与超分子作用力类似的动态共价键，并围绕动态变化的概念介绍了自复制模型，变形分子和耗散自组装。

第17章 纳米化学

本章主要介绍了纳米尺度材料的合成、机制和控制，并详细介绍了纳米光子学、纳米光刻、纳米粒子、富勒烯、碳纳米管和石墨烯的研究进展。

三、编写特点

本书的编撰特点体现在以下几个方面：（1）内容系统全面，不仅详细阐述了超分子化学中相关的概念和理论，还介绍了当前所有重要的超分子化学体系；（2）各章节编排合理，围绕分子间弱相互作用，逐步聚焦于组装体的构筑和功能，层层递进，内在逻辑性强；（3）本书各章末对重要知识点进行了归纳总结，同时配备了大量的问题和思考题，有助于读者加深对重要概念和基本理论的理解；（4）本书保留了核心参考文献的系统表示，同时扩充了大量最新的参考文献和资料，对于把握超分子化学的研究进展大有助益。

总体来说，本书对于超分子化学的阐述非常系统全面，内容涵盖主客体化学、自组装体和纳米功能材料各个层面。本书对于从事化学、生物化学和材料化学等领域的技术人员来说是一本不可多得的经典教材。

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