顧波濤

超分子是魯科版化學(xué)選擇性必修二第三章第三節(jié)新增加的知識點．教材以冠醚、DNA、磷脂雙分子層、分子鉗以及葉綠素等為例介紹了超分子．在近幾年的高考中，超分子作為新的考點經(jīng)常出現(xiàn)．本文例談超分子的考查形式，希望能幫助學(xué)生熟悉考點，提高得分率．

１ 超分子與超分子化學(xué)

超分子是指兩種及以上的分子通過分子間相互作用形成的分子聚集體（也包括某些離子）．超分子內(nèi)部，分子之間通過非共價鍵結(jié)合，包括氫鍵、靜電作用、疏水作用以及一些分子與金屬離子形成的弱配位鍵等．分子聚集體有的是有限的，有的是無限伸展的．超分子既不同于蛋白質(zhì)、淀粉等大分子，也不同于高分子．超分子具有分子識別、自組裝兩個重要特征．超分子化學(xué)著重強調(diào)了具有特定結(jié)構(gòu)和功能的超分子體系，淡化生物化學(xué)、材料化學(xué)、有機化學(xué)、無機化學(xué)等化學(xué)分支間的界限，并將其融合為一個有機整體．

２ 超分子的考查角度

２.１ 超分子特征的考查

例１ 不同空腔尺寸的葫蘆[n]（n＝５，６，７，８，）脲可以通過形成超分子從氣體或溶液中識別不同分子并選擇性吸附，對位取代的苯的衍生物恰好可以進入葫蘆[６]脲（結(jié)構(gòu)如圖１所示）的空腔．下列說法正確的是（）．

A．葫蘆脲可以吸附進入空腔的所有分子

B．葫蘆[６]脲是超分子且能發(fā)生丁達爾效應(yīng)

C．葫蘆[６]脲形成的超分子中分子間存在范德華力、氫鍵

D．可裝入對甲基苯甲酸體現(xiàn)了超分子的“分子識別”功能

由題給信息可知，只有對位取代的苯的衍生物恰好可以進入葫蘆[６]脲的空腔，選項A錯誤．葫蘆[６]脲是超分子，屬于純凈物，不是膠體，故不能發(fā)生丁達爾效應(yīng)，選項B錯誤．氫鍵是電負性大的原子與氫原子形成的共價鍵，葫蘆[６]脲形成的超分子間不存在氫鍵，選項C錯誤．由題給信息可知，對位取代的苯的衍生物恰好可以進入葫蘆[６]脲的空腔，則可裝入對甲基苯甲酸，體現(xiàn)了超分子的“分子識別”功能，選項D正確．答案為D．

知識鏈接 超分子聚集體是通過分子間的相互作用，包括分子間的氫鍵、靜電作用、疏水作用、堆積作用、金屬離子的配位鍵等形成的．超分子的兩個重要特征是分子識別、自組裝．分子識別是指化學(xué)反應(yīng)中的一種現(xiàn)象，當兩個分子相遇時，它們可能會認出彼此并形成一個穩(wěn)定的配對，這種配對可以被視為糾正達到一個平衡的力，如氫鍵或離子鍵．分子識別可以導(dǎo)致新的配對結(jié)構(gòu)的形成，這些結(jié)構(gòu)有很多用途，如生物分子中大分子的折疊、仿生材料的合成以及催化物質(zhì)的設(shè)計等．

２．２ 元素推斷中融合超分子的考查

例２ W、X、Y、Z是原子序數(shù)依次增大的短周期主族元素，其中Z元素基態(tài)原子L層電子數(shù)是電子層數(shù)的３倍．

這４種元素組成的化合物（結(jié)構(gòu)如圖２）可用于合成超分子聚合物．下列說法錯誤的是（）．

A．XZ２ 晶體屬于共價晶體

B．元素W、X、Y都可以與Z形成多種化合物

C．電負性：Z＞Y＞X＞W(wǎng)

D．超分子具有自組裝和分子識別的特征

由Z元素原子L 層電子數(shù)是電子層數(shù)的３倍可知Z為O 元素，再結(jié)合圖中結(jié)構(gòu)簡式，可知W、X、Y 分別為H、C、N 元素．CO２ 晶體屬于分子晶體，選項A 說法錯誤．H、C、N 元素分別能與O 元素形成H２O、H２O２，CO、CO２，NO、NO２ 等多種化合物，選項B說法正確．非金屬性越強其電負性越大，則電負性：O＞N＞C＞H，選項C說法正確．超分子的兩大特性是具有自組裝和分子識別特征，選項D說法正確．答案為A．

知識鏈接 新組裝超分子聚合物，大幅度增加了化合物的種類，如果按照預(yù)期目標控制自組裝過程，可以得到簡單、可靠、具有特定結(jié)構(gòu)功能的超分子聚合物，使其具有單個分子所不具備的特有性質(zhì)．高考中元素推斷題以合成超分子聚合物或合成超分子的單個分子的結(jié)構(gòu)示意圖為載體，實現(xiàn)元素周期律與超分子的融合考查，解題時準確提取結(jié)構(gòu)示意圖中原子所形成的價鍵特征，是推斷相關(guān)元素的重要突破口，還要注意超分子與元素及其化合物性質(zhì)的綜合考查．

２．３ 有機物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)融合超分子的考查

例３ 冠醚因分子結(jié)構(gòu)如皇冠而得名，某冠醚分子丙可識別K＋ ，其合成方法如圖３所示．下列說法正確的是（）．

A．丙可與K＋ 形成超分子

B．每個甲分子中有６個π鍵

C．丙的核磁共振氫譜有５組峰

D．該反應(yīng)有HCl生成，屬于縮聚反應(yīng)

超分子是有序、有組織的聚合體系，通過范德華力、氫鍵、靜電作用等較弱作用力而自動結(jié)合成的．丙可以和K＋ 形成超分子，選項A 正確．甲分子有２個苯環(huán)，每個甲分子中有２個大π鍵，選項B錯誤．丙左右對稱和上下對稱，丙核磁共振氫譜有４組峰，選項C錯誤．該反應(yīng)有HCl生成，屬于取代反應(yīng)，選項D錯誤．答案為A．

知識鏈接 冠醚是一種超分子，它能否適配堿金屬離子與其空腔直徑和離子直徑有關(guān)．二苯并Ｇ１８Ｇ冠Ｇ６與K＋ 形成的螯合離子的結(jié)構(gòu)如圖４所示．

該超分子含有K＋ 螯合陽離子，與陰離子可以形成離子化合物．含有該螯合離子的物質(zhì)所形成的晶體是離子晶體，二苯并Ｇ１８Ｇ冠Ｇ６空腔直徑大，不能適配半徑小的Li＋ ，中心離子K＋ 與６個氧原子形成６個配位鍵，配位數(shù)為６，該螯合離子中６個O 原子與K＋ 有可能在同一平面上．

變式 冠醚是一類皇冠狀的分子，可有不同大小的空穴適配不同大小的堿金屬離子．１８Ｇ冠Ｇ６可以通過圖５所示方法制備．下列說法錯誤的是（）．

A．１８Ｇ冠Ｇ６分子中C、O 都采用sp３ 雜化

B．１８Ｇ冠Ｇ６和堿金屬離子通過共價鍵形成超分子

C．冠醚的空穴結(jié)構(gòu)對離子有選擇作用，在有機反應(yīng)中可作催化劑

D．制取方法中（１）為取代反應(yīng)，另一種產(chǎn)物為HCl

答案 B．

超分子及超分子化學(xué)是未來化學(xué)研究的重要方向，會促進材料科學(xué)、生命科學(xué)等學(xué)科發(fā)展，是利用分子的特殊性質(zhì)來構(gòu)建分子器件的研究載體．高考化學(xué)的選材關(guān)注最新的科研成果，因此在未來的高考中，超分子將會備受高考命題者的青睞，在備戰(zhàn)２０２４年的新高考時要引起足夠的重視．