Comprehensive Supramolecular Chemistry

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出版者:
作者:Lehn, J. M./ Atwood, J. L./ Davies, J. E. D./ Macnicol, D. D./ Vogtle, F.
出品人:
页数:989
译者:
出版时间:
价格:605
装帧:
isbn号码:9780080427188
丛书系列:
图书标签:
  • Supramolecular Chemistry
  • Molecular Recognition
  • Host-Guest Chemistry
  • Self-Assembly
  • Molecular Sensors
  • Nanomaterials
  • Chemical Biology
  • Polymers
  • Coordination Chemistry
  • Materials Science
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具体描述

《分子间作用力与超分子结构解析:从基础理论到前沿应用》 书籍简介 本书旨在为化学、材料科学、生物物理学及相关领域的研究人员、高年级本科生和研究生提供一个全面、深入且具有前瞻性的视角,探讨非共价相互作用(Non-covalent Interactions)在构筑复杂分子体系和功能材料中所扮演的核心角色。全书重点聚焦于精确理解和调控分子识别、自组装过程的机理,并系统性地介绍当前超分子化学领域中的关键技术和新兴应用方向,但完全不涉及任何名为《Comprehensive Supramolecular Chemistry》的特定书籍内容。 本书结构设计严谨,从基础的物理化学原理出发,逐步深入到复杂的化学结构设计与功能实现。全书共分为五大部分,二十章内容,力求覆盖从理论基石到尖端应用的完整知识链条。 --- 第一部分:非共价相互作用的物理化学基础 (Foundations of Intermolecular Forces) 本部分首先对构成超分子体系的根本驱动力——非共价作用力进行详尽的数学和物理学阐述。 第1章:静电作用与范德华力:详细分析库仑相互作用(包括偶极-偶极、偶极-诱导偶极)的理论模型,并深入讨论伦敦分散力(色散力)在长程和短程相互作用中的贡献。着重探讨如何利用介电常数和极化率来预测这些基本作用的强度。 第2章:氢键的精细结构与分类:氢键作为超分子化学的基石,本章提供了超越传统认识的深度剖析。涵盖从经典的O-H···O、N-H···N键到弱氢键(如C-H···O、S-H···π)的电子结构解释。采用量子化学计算结果,讨论氢键的强度、方向性和环境敏感性,并区分强、中等和弱氢键在自组装中的角色差异。 第3章:π-π堆积与阳离子-π相互作用:专论芳香族系统间的相互作用。详细解析T形(T-shaped)、平行堆叠(Face-to-Face)和错位(Offset Stacked)几何构型下的能量学差异。对阳离子如何稳定或扭曲π堆积结构进行深入探讨,这些是设计电子传输材料和药物分子识别系统的关键。 第4章:溶剂效应与疏水相互作用:探讨溶剂环境对非共价相互作用的影响。特别关注水溶液中疏水作用力的热力学起源,解释熵驱动在分子聚集体形成中的决定性作用,这是理解生物大分子折叠和胶束形成的关键。 --- 第二部分:分子识别与宿主-客体化学 (Molecular Recognition and Host-Guest Chemistry) 本部分聚焦于如何利用预先设计的分子骨架(宿主)选择性地捕获或响应特定分子(客体)。 第5章:冠醚、环糊精与碗形受体:系统介绍经典的宏环化合物。详述冠醚的离子选择性机制,环糊精的包合空腔几何特征及其在分离科学中的应用。引入碗形和篮形受体,分析其三维空间对客体分子的匹配度要求。 第6章:超分子聚合物与动态共价化学(DCC):探讨如何通过可逆的非共价键(如氢键、金属配位)构建具有自修复、形状记忆特性的聚合物网络。重点区分动态共价键与非共价键在材料响应性上的异同,并引入DCC的原理及其在可逆装配中的应用潜力。 第7章:双重识别与协同效应:讨论多点识别位点的设计策略,例如结合氢键和金属配位点的双重识别体系。分析不同识别模式协同作用如何显著提高结合常数和选择性,这是实现高精度化学传感的基础。 第8章:人工酶与催化腔体:将分子识别与催化活性相结合。探讨如何构建具有精确三维环境的分子“口袋”,以模拟天然酶的活性中心,实现对特定底物的定向活化和高对映选择性转化。 --- 第三部分:自组装与有序结构构建 (Self-Assembly and Ordered Structure Fabrication) 本部分侧重于从分子尺度到介观尺度的结构演化,重点是如何利用分子间的精确相互作用驱动有序排列。 第9章:超分子凝胶的形成机制:深入分析低分子量有机凝胶剂(LMOGs)的分子设计原则。探讨纤维状网络的形成过程,包括初始核化、纤维生长、以及最终形成三维网络结构的驱动力,区分物理凝胶与化学凝胶的本质区别。 第10章:液晶与有序薄膜:阐述如何设计具有各向异性分子形状(如棒状、盘状)的分子,以诱导形成液晶相。讨论分子间相互作用如何决定液晶的相变温度和有序程度,及其在光电器件中的潜在应用。 第11章:DNA纳米技术与模块化组装:聚焦于利用DNA碱基对特异性配对(氢键)作为精确的分子“胶水”。详细介绍DNA折纸术(DNA Origami)的原理和方法,及其在构建复杂二维和三维纳米结构中的通用性。 第12章:金属有机框架(MOFs)的拓扑构建:尽管MOFs涉及配位键,但本章侧重于如何利用有机配体的空间几何形状和固有的非共价弱相互作用(如π-π堆积)来调控最终框架的孔道尺寸和拓扑结构,实现孔道内的客体调控。 --- 第四部分:高级功能化与响应性材料 (Advanced Functionalization and Responsive Systems) 本部分探讨如何赋予超分子体系动态性和环境敏感性,以实现智能响应。 第13章:光控超分子系统:介绍含有光响应性基团(如偶氮苯、螺吡喃)的分子设计。阐述光照如何诱导分子构象变化,进而宏观上调控自组装结构、溶解性或粘附性,实现开关功能。 第14章:pH和温度敏感性:讨论如何引入酸碱敏感基团(如胺、羧酸)或热致变色基团,使得分子组装体能够对环境pH或温度变化做出可逆的结构响应,应用于药物缓释或传感。 第15章:界面超分子化学:研究分子在固-液或液-液界面上的定向吸附与排列。探讨如何利用表面能量最小化原则和界面上的非共价作用力来构建高度有序的单分子层或多层膜,以调控表面润湿性和电荷转移。 第16章:超分子在分离科学中的应用:侧重于选择性吸附和分离技术。包括利用具有特定孔径和化学环境的宿主分子对同分异构体或手性分子进行高效分离的案例分析。 --- 第五部分:跨学科前沿应用 (Frontier Applications Across Disciplines) 本部分将超分子化学的理论与工程、生物科学的前沿挑战相结合。 第17章:纳米医学与靶向递送:探讨超分子囊泡、胶束和树枝状大分子在生物体内的构建与稳定性。重点分析如何通过表面功能化实现对特定细胞或组织的靶向识别和药物的精确释放。 第18章:生物矿化与仿生材料:模拟生物体如何利用蛋白质和聚合物控制无机晶体的生长过程。研究非共价模板在诱导特定晶型(如碳酸钙、二氧化硅)形成中的作用,为高性能生物材料的合成提供思路。 第19章:分子电子学与信息存储:探讨分子开关和分子导线的设计。分析如何利用分子间的有序堆积来构建具有明确电子传输路径的纳米器件,以及基于分子构象变化的存储单元。 第20章:化学传感与生物探针:介绍利用荧光、电化学等信号报告机制,设计对特定离子、小分子或生物标志物具有高灵敏度和高选择性的超分子传感器。讨论多重信号输出探针的设计策略。 --- 本书特色: 本书通过大量的案例分析和关键结构-性能关系的量化讨论,强调了“设计驱动”(Design-Driven)的理念。它不满足于对现有体系的描述,更着重于指导读者如何根据预期的功能需求,逆向推导出所需的分子结构特征和组装条件,是理解和创新超分子科学的有力工具。全书的论述严谨且具有高度的逻辑连贯性,确保读者能够系统地掌握从分子级别操控到宏观功能实现的完整知识体系。

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读后感

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我一直对纳米技术和分子机器有着浓厚的兴趣,而《Comprehensive Supramolecular Chemistry》这本书,在我看来,就是开启这一宏大领域的绝佳窗口。我常常幻想,如果我们能够像搭积木一样,在分子尺度上精确地控制物质的组装,那将能创造出怎样令人难以置信的设备和材料?这本书的名字,恰恰点燃了我对这种“分子级制造”的渴望。我特别期待书中能详细介绍那些利用超分子原理构建的纳米结构,比如分子马达、分子开关,以及它们如何能够执行特定的化学或物理任务。我很好奇,书中是如何将这些抽象的概念,转化为具体的分子设计和实验实现的。也许,它会介绍一些利用host-guest化学原理制造的分子笼,用于药物的封装和靶向释放,或者展示一些通过π-π相互作用或金属配位驱动的自组装过程,形成具有特殊光学或电子性质的纳米材料。这本书,在我眼中,不仅仅是一本学术专著,更是一份关于未来科技的预言,它展示了人类如何通过理解和驾驭分子间的力量,去创造一个更加智能、更加高效的未来世界。

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读完这本书,我才真正体会到“超分子”这个词的广阔与深邃。它不仅仅是分子与分子的简单集合,而是一种全新的组织方式,一种在分子尺度上实现的“整体大于部分之和”的奇妙现象。我之前对超分子化学的理解,就像是停留在对单个乐高积木的认识,而这本书则为我打开了一个全新的视角,让我看到了如何用这些积木搭建出精密的建筑,甚至是微观的城市。书中对各种非共价相互作用的详尽阐述,简直就是一本分子“社交指南”,解释了为什么某些分子会“情投意合”地结合在一起,又为什么它们会形成特定的结构。我特别喜欢它在讲解自组装过程时,那种循序渐进的逻辑,从简单的单分子识别到复杂的宏观形貌的形成,都描绘得淋漓尽致。我甚至觉得,这本书不仅是化学专业的学生和研究人员的必备读物,对于其他交叉学科的研究者,比如材料科学家、生物学家,甚至对哲学和信息科学感兴趣的人来说,都能从中获得深刻的启发。它不仅仅是关于化学反应,更是关于信息传递、能量转换以及生命本身运作的底层逻辑。

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这本书的封面设计就足够吸引人,那种深邃的蓝色搭配银色的立体文字,瞬间就让人感受到它内在的学术分量。我其实对超分子化学的了解仅限于一些基础概念,比如分子识别、自组装这些,但这本书的名字《Comprehensive Supramolecular Chemistry》真的激起了我深入探索的欲望。想象一下,里面会详细介绍那些令人惊叹的分子机器,它们如何模拟生物体的功能,甚至超越生物体;还有那些巧妙的分子笼,能够包裹并保护特定的分子,这在药物递送和催化领域有着巨大的潜力。我特别期待书中能够深入浅出地讲解那些复杂的电子效应和相互作用,比如π-π堆叠、氢键网络,以及它们是如何决定超分子结构的稳定性和功能的。而且,“Comprehensive”这个词意味着它不会仅仅停留在理论层面,应该还会包含大量的实验技术和应用案例,比如在材料科学中的应用,开发新型传感器,或者模拟生物膜的结构和功能。我甚至猜想,它可能会涉及一些前沿的研究方向,比如人工光合作用、DNA折纸技术,甚至是模拟生命起源的超分子系统。这本书就像一座知识的宝库,等待着我去挖掘那些构建微观世界的精妙规则。

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我一直对那些能够自我修复、能够响应外界刺激的智能材料非常感兴趣,而《Comprehensive Supramolecular Chemistry》这本书,就像是我寻觅已久的那把钥匙。它不仅仅是理论知识的堆砌,更像是一份操作手册,指导我如何利用超分子化学的原理,去设计和创造这些令人惊叹的材料。书中对超分子聚合物、超分子凝胶的讨论,让我看到了无限的可能性,比如用这些材料来制造柔性电子器件,或者开发能够靶向释放药物的智能载体。我特别想知道,书中是如何解释这些材料在外部条件改变时,比如温度、pH值、光照等,如何表现出可逆的结构变化,甚至实现形貌的快速转变。这背后涉及到的分子运动、能量传递机制,对我来说都是极具吸引力的。而且,这本书的名字中“Comprehensive”也暗示了它不仅仅涵盖了基础理论,还应该包含大量的实例和应用,这些案例的出现,无疑会大大增强这本书的实用价值,让我能够更直观地理解超分子化学在现实世界中的强大力量。

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这本书给我的感觉,就像是参加了一场关于“生命之源”的深度对话。超分子化学,作为连接简单分子与复杂生命体系的桥梁,一直是我感到好奇的领域。我一直认为,生命的许多基本过程,比如DNA的复制、蛋白质的折叠,甚至细胞膜的形成,都离不开超分子层面的组织和相互作用。而《Comprehensive Supramolecular Chemistry》这本书,我想一定能为我揭示这些奥秘。我期待书中能够深入探讨分子识别在生物过程中的关键作用,比如酶与底物的结合,抗原与抗体的识别,这些都是高度特异性的超分子事件。而且,书中对“自组装”这一概念的阐述,我想一定会非常精彩,因为它不仅是无机和有机化学中的重要现象,更是生命系统得以形成的根本动力。想象一下,那些复杂的细胞器,那些精密的信号传导通路,它们是如何在没有中央指令的情况下,由分子自发地组织起来的?这本书,或许能给我答案。它不仅仅是化学书,更像是一本关于“万物如何有序”的哲学读本,让人对宇宙的精巧构思产生由衷的敬畏。

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