Weak Intermolecular Interactions in Chemistry and Biology (Studies in physical and theoretical chemi

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出版者:Elsevier Science Ltd
作者:Pavel Hobza
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:1980-01
价格:USD 90.50
装帧:Hardcover
isbn号码:9780444997852
丛书系列:
图书标签:
  • Weak Interactions
  • Intermolecular Forces
  • Chemistry
  • Biology
  • Physical Chemistry
  • Theoretical Chemistry
  • Hydrogen Bonding
  • Van der Waals Forces
  • Molecular Recognition
  • Supramolecular Chemistry
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具体描述

探索分子间作用力的微妙艺术:一场横跨化学与生物学的深度之旅 分子间作用力,这些看似微弱却又无处不在的化学“纽带”,构成了我们所熟知世界的基石。它们是决定物质宏观性质的幕后推手,也是生命过程得以有序运转的关键。本书《Weak Intermolecular Interactions in Chemistry and Biology》将带领读者深入探索这些微妙的力学原理,揭示它们在宏观世界的广泛影响,并深入剖析其在生物体内的精妙运作。 第一部分:化学世界的微观互动 在化学领域,分子间作用力是理解物质状态、反应动力学以及材料科学特性的核心。本书将从基础概念入手,系统阐述各种主要的弱相互作用类型: 范德华力 (Van der Waals forces): 这一统称涵盖了伦敦色散力、偶极-偶极相互作用以及偶极-诱导偶极相互作用。我们将细致分析电子云的瞬时极化如何产生瞬时偶极,进而诱导邻近分子产生短暂的偶极,从而产生吸引力。本书将通过具体案例,展示范德华力在解释气体行为、液体黏度以及固体熔沸点差异中的作用。 氢键 (Hydrogen bonding): 作为一种特殊的偶极-偶极相互作用,氢键以其在分子识别和组装中的关键作用而备受瞩目。本书将深入探讨氢键的形成条件、强度变化因素(如供体和受体原子的电负性、几何构型)以及它对水、醇、胺类化合物等重要分子的物理化学性质产生的深远影响。我们将审视氢键在酸碱反应、溶剂化过程以及晶体结构中的作用。 π-π 相互作用 (π-π interactions): 对于富含π电子的芳香族化合物,π-π 堆积已成为理解其聚集行为、导电性以及光电性质的关键。本书将剖析平面型和堆叠式π-π 相互作用的能量学特征,并探讨其在有机半导体、液晶材料以及DNA结构稳定中的重要地位。 疏水效应 (Hydrophobic effect): 并非直接的吸引力,而是水分子在与疏水性分子接触时,为了最大化自身氢键网络而表现出的“排斥”效应。本书将从热力学角度深入分析疏水效应的驱动机制,解释其为何是生物膜的形成、蛋白质折叠以及胶束组装的关键动力。 其他弱相互作用: 除了上述主要类型,本书还将触及阳离子-π 相互作用、卤键等其他重要的弱相互作用形式,并探讨它们的适用范围和研究进展。 本书的每一章节都将辅以大量的实验数据、理论计算结果以及图示,帮助读者直观理解抽象的分子间作用力。我们将讨论如何通过光谱学、衍射技术以及计算化学方法来探测和量化这些相互作用,并展望其在设计新型材料、催化剂以及分离技术中的应用前景。 第二部分:生物体内的精巧调控 生命本身就是一系列复杂弱相互作用协同作用的宏伟交响曲。从DNA的复制到蛋白质的三维构象,再到药物与靶点的结合,弱相互作用无处不在,主导着生命活动的每一个环节。 蛋白质的结构与功能: 蛋白质的三维结构决定了其生物功能,而这一结构的维持和稳定,主要依赖于分子内和分子间的弱相互作用。本书将详细阐述氢键、范德华力、疏水效应以及离子对等如何在蛋白质一级序列的基础上,引导肽链折叠成特定的二级、三级甚至四级结构。我们将探讨这些相互作用的变化如何导致蛋白质的变性,以及在酶催化、信号转导等过程中的作用。 核酸的稳定与识别: DNA双螺旋结构的形成及其稳定性,离不开碱基对之间的氢键和π-π 堆积作用。本书将深入分析碱基配对的特异性(A-T, G-C),以及这些相互作用如何支持基因信息的精确复制和转录。同时,我们将探讨RNA的复杂结构(如发夹、茎环)是如何通过类似的弱相互作用形成的,以及它们在基因调控和催化功能中的作用。 膜的形成与功能: 生物膜,如细胞膜,是由磷脂双分子层构成的,其结构的形成和稳定性主要受疏水效应的驱动。本书将解析疏水尾链与水环境的相互作用,以及磷脂头部基团与水的亲水性如何共同稳定膜的结构。我们还将讨论膜蛋白是如何嵌入膜中,并通过与膜脂的弱相互作用来实现其离子通道、受体等功能。 药物设计与分子识别: 药物分子与生物靶点(如受体、酶)之间的特异性结合,是药物发挥疗效的关键。本书将重点介绍弱相互作用在药物设计中的应用,如何通过优化药物分子与靶点之间的氢键、疏水相互作用、离子相互作用等,来提高药物的亲和力、选择性以及生物利用度。我们将探讨基于结构的药物设计方法,以及如何利用这些原理来开发新型的治疗药物。 生命过程中的其他弱相互作用: 此外,本书还将涵盖信号转导中的分子识别、免疫识别中的抗原-抗体结合、以及细胞黏附等过程中弱相互作用的重要作用,展示它们如何精巧地调控复杂的生物过程。 《Weak Intermolecular Interactions in Chemistry and Biology》旨在为读者提供一个全面而深入的视角,理解这些“微弱”的力是如何汇聚成强大的力量,从而构建起我们所知的物质世界和生机勃勃的生命体。本书不仅是化学和生物学专业人士的宝贵参考,也是对生命科学和材料科学感兴趣的任何读者的启发之源。

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读后感

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这本书的知识密度高得惊人,我感觉自己像是站在一个巨大的知识平台上,眺望着化学与生物学交汇处的全景。它并非仅仅停留在基础概念的罗列,而是深入挖掘了这些微弱相互作用在复杂系统,如蛋白质折叠、DNA双螺旋稳定乃至细胞膜界面现象中的“杠杆效应”。其中关于溶剂效应如何精细调控分子间作用力的章节,尤其令我印象深刻。作者详细分析了不同极性溶剂环境中氢键供体/受体行为的微妙转变,这直接关联到生物分子在水相环境中的动态构象变化。我发现,以往我简单地将“弱相互作用”视为一个模糊的背景噪音,但在读完此书后,我开始意识到,正是这些看似微不足道的量子涨落和偶极矩的协同作用,才是驱动生命活动和材料科学中许多宏观现象的根本驱动力。这本书要求读者具备一定的预备知识,但它同时又提供了足够的工具来弥补知识上的不足,是一种高门槛、高回报的阅读体验。

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这部作品的封面设计颇具匠心,色彩搭配上选择了深沉的靛蓝与流动的银白线条,营造出一种既神秘又充满理性光辉的视觉感受,让人在翻开书页之前,便对其中蕴含的物理与化学原理产生了极大的好奇心。装帧的质感也十分扎实,厚实的纸张和精良的印刷工艺,使得每一次触摸都传递出一种学术的厚重感。我尤其欣赏它在排版上的考究,文字间的留白恰到好处,避免了信息过载带来的阅读疲劳,即便是面对那些复杂的数学推导和实验数据图表,也能保持相对舒适的阅读节奏。书中收录的若干精美的手绘分子结构图,线条流畅且细节丰富,极大地辅助了抽象概念的具象化理解,这对于非专业背景的读者来说,无疑是一大福音。从书籍的整体气质来看,它似乎不仅仅是一本教科书,更像是一部精心策展的科学艺术品,旨在引导读者以一种更具美学眼光去审视微观世界的秩序与和谐。这种对物理形态与阅读体验的双重关注,体现了编者对于知识传递媒介的深刻理解,让人愿意将它长久地置于书架显眼之处,时不时拿出来翻阅。

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这本书的真正价值在于其广阔的跨学科视野,它成功地架设了一条从基础量子力学原理到尖端生物物理应用的坚实桥梁。特别是当作者讨论到“水合作用”在生物分子识别过程中的角色时,那种将介观现象归因于基本相互作用的叙事手法,令人叹服。它没有将生物学现象视为一个黑箱,而是系统地拆解了驱动这些过程的物理基础。我惊喜地发现,书中对某些长期存在争议的“弱结合”体系的能量贡献进行了量化分析,甚至引用了一些最新的、尚未完全被主流教科书采纳的研究成果。这种与前沿保持同步的编辑策略,使得这本书的参考价值远远超越了普通教材的范畴,它更像是一部随时准备被引用的、具有前瞻性的参考手册。它教会我的,是如何用更“物理”的思维去解读生物化学中的“偶然”与“必然”。

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阅读这本书的过程,更像是一场在精妙逻辑迷宫中的探索之旅。作者的叙述风格极为严谨,每一步论证都如同建筑师规划蓝图一般,层层递进,逻辑链条密不透风。我尝试去追踪那些关于范德华力本质和量子修正效应的深入讨论,发现作者巧妙地避开了那些过于晦涩的纯理论术语堆砌,转而采用了一种更为直观的、类比式的解释方法来构建理解的桥梁。例如,在阐述色散力的诱导偶极矩形成机制时,他引入了一个关于行星轨道微小扰动的类比,这使得原本抽象的电子云形变问题变得生动可感。当然,对于那些追求速度的读者而言,这种详尽的铺陈可能会稍显冗长,但对于希望真正吃透原理、而非仅仅记住公式的人来说,这种深挖是至关重要的。全书在理论与实验验证之间的平衡拿捏得相当到位,每一个重要结论后,都有相关的光谱学或低温物理实验数据作为佐证,保证了理论的坚实落地性。

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我必须承认,这本书的阅读体验是充满挑战性的,它更像是邀请你参与一场高水平的学术研讨会,而不是一次轻松的午后阅读。在某些涉及数值模拟和计算化学的部分,图表和参数设置的复杂程度让人需要反复查阅附录中的术语表。这不禁让我思考,对于非计算化学背景的研究生来说,如何消化这部分内容将是一个难题。不过,正是这种挑战性,迫使我重新审视自己对经典热力学框架的依赖,并开始习惯于在极低能量尺度上去思考分子间的“对话”。我注意到,书中对于非共价键的能量范围划分极其精确,并且清晰地界定了不同相互作用(如π-π堆积、阳离子-π作用)在不同介质中的相对重要性排序,这种清晰的层级划分,极大地提升了解决实际问题的效率。它更像是一本“工具箱”而非“故事书”,需要读者带着明确的问题意识去翻阅,才能发挥其最大价值。

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