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编辑推荐

适读人群 ：适合高校和科研院所化学、材料、生物等专业的研究生与科研工作者参考。
氢键是一类重要的非共价键作用力，它对分子和大分子的物理、化学、生物和材料性质可以产生很大的影响，它被广泛地应用于解释很多重要的物理、化学和生物现象，也被广泛应用于设计新的分子和大分子体系，以使它们展示需要的性质和功能。
氢键具有方向性，其结合基元简单、易于修饰和集成化，结合强度跨越幅度大，结合模式种类多样，可以存在于所有分子和大分子体系中。
黎占亭教授长期开展氢键分子识别与自组装研究，在氢键人工二级结构构筑及功能性组装体研究方面取得了一系列重要研究成果，掌握了大量的一手资料，这本书就是他多年来在氢键超分子相互作用的研究成果的基础上撰写而成的。该书内容详实、系统、全面，包括了基本原理和方法、重要氢键结合模式、主要氢键组装体结构及功能和应用等，具有类似教科书的功能，同时又具有一定的前瞻性和新颖性，主要面向超分子化学领域的研究生和年轻科研人员，为年轻科研人员迅速了解和掌握氢键研究的原理和方法，基于氢键的分子识别现象，氢键驱动的自组装结构和功能等提供了一个快速通道。

内容简介

本书围绕超分子相互作用中的"氢键相互作用",全面阐释了其基本原理、方法、结构与功能和应用等几大方面.首先介绍什么是氢键，氢键作用的机理，作用方法与模式；分子识别的基本原理，氢键在其中的作用。接下来介绍10个典型的超分子体系，包括其氢键作用的机制、设计理念、在分子识别中的应用，组装的过程。最后介绍氢键组装的广泛应用，如在材料和能源方面的应用，应用于太阳能电池、光伏发电、发光二极管等。适合高校和科研院所化学、材料、生物等专业的研究生与科研工作者参考。

作者简介

1966年出生于河南，1985年郑州大学化学系毕业，1992年在中科院上海有机化学研究所获博士学位，曾在University of South Denmark和美国University of Illinois at Urbana-Champaign化学系作博士后，曾任上海有机所副研究员和研究员（1995-2010），现为复旦大学化学系教授。2000年获中国化学会青年化学奖，2004年获国家杰出青年科学基金资助，2006年获国务院特殊津贴，2007年入选人事部百千万人才工程，2008年获全国百篇博士论文指导教师奖。主要从事生物结构模拟、分子识别与自组装、离子通道及氢键等弱相互作用力研究，近期提出并建立了溶液相超分子有机框架（Supramolecular Organic Frameworks, SOFs）概念。
已指导毕业博士生35名，指导博士生多人入选中科院百人计划、中组部青年千人计划、中组部拔尖人才计划、获全国百篇博士论文及国家青年基金等。已发表论文、论著200余篇，包括有关氢键超分子化学研究论文100余篇，编著英文图书2本。先后两次应邀在美国化学会Accounts of Chemical Research撰写综述，总结有关氢键分子识别与自组装方面的研究成果。

内页插图

目录

第1章氢键概论/001
1.1背景与定义/002
1.2几何参数和定义/003
1.3能量参数与定义/005
1.4氢键的能量标度和分类/006
1.5强氢键和弱氢键的差异/007
1.6影响氢键强度的因素/008
1.6.1溶剂化效应/008
1.6.2电负性效应/009
1.6.3极化增强效应/009
1.6.4共振协助效应/010
1.6.5二级相互作用/012
1.7氢键振动性与短-强氢键/013
1.8氢键的研究方法/014
1.9结合常数的测定/015
1.9.1异体1∶1配合物/016
1.9.2同体1∶1配合物/017
1.9.3异体1∶2配合物/017
1.9.4竞争实验方法/018
参考文献/019
第2章氢键结合模式/021
2.1引言/022
2.2氢键供体和受体/022
2.3单官能团氢键/023
2.3.1醇和酚/023
2.3.2羧酸/024
2.3.3酰胺/025
2.3.4脲和硫脲/026
2.3.5硝基化合物/028
2.3.61,2,3-三氮唑/028
2.4分子内氢键/029
2.4.1醇、酚、羧酸O—H…O氢键/029
2.4.2酰胺、脲和酰肼N—H…O和N—H…N氢键/030
2.4.3酰胺、脲和酰肼N—H…X（X=F,Cl,Br,I）氢键/032
2.4.4酰胺N—H…S氢键/037
2.4.5三氮唑C—H…X（X==O,F,Cl,Br）氢键/038
2.5双氢键体系/039
2.6三氢键体系/039
2.6.1DAD·ADA型二聚体/039
2.6.2DDA·AAD型二聚体/040
2.6.3DDD·AAA型二聚体/041
2.7四氢键体系/042
2.7.1ADAD型同体二聚体/042
2.7.2AADD型同体二聚体/043
2.7.3DAAD·ADDA型异体二聚体/044
2.7.4AADA·DDAD型异体二聚体/045
2.7.5AAAA·DDDD型异体二聚体/046
2.8六氢键体系/046
2.9寡聚酰胺和酰肼氢键二聚体/047
2.9.1人工b-折叠体二聚体/047
2.9.2酰胺/脲杂交单体二聚体/048
2.9.3基于脂肪/芳香酰胺和酰肼杂交骨架单体的二聚体/049
2.9.4基于芳香酰胺骨架单体的二聚体/052
2.10基于氨基氮杂环单体的二聚体/054
参考文献/055
第3章生命体系中的氢键/059
3.1引言/060
3.2无机离子/060
3.3有机分子/061
3.4肽和蛋白质/062
3.4.1氨基酸/063
3.4.2二级结构/064
3.4.3三级结构和四级结构/066
3.5核酸/066
3.6糖、寡糖和多糖/069
3.7生物膜/070
参考文献/071
第4章人工二级结构：单分子组装体及其功能/073
4.1引言/074
4.2脂肪氨基酸序列/074
4.3氨氧酸类肽模拟物/078
4.4脂肪脲寡聚体/079
4.5芳香酰胺寡聚体/079
4.6其它芳香骨架寡聚体/082
4.7脂肪-芳香酰胺杂交序列/084
4.8折叠体树枝状分子/087
4.9配位诱导的折叠与螺旋/088
4.10氢键诱导的人工二级结构的功能与应用/089
4.10.1生物功能和药物设计/089
4.10.2分子识别/090
4.10.3自组装/092
4.10.4动态[2]索烃/094
4.10.5调控分子内供体-受体相互作用/094
4.10.6调控聚合物力学性能/095
4.10.7调控分子梭动力学/096
参考文献/097
第5章负离子识别/103
5.1引言/104
5.2酰胺和磺酰胺主体/104
5.2.1非环主体/104
5.2.2大环主体/107
5.2.3穴型主体/109
5.3脲及硫脲类主体/111
5.3.1非环主体/111
5.3.2大环和穴型主体/120
5.4吡咯、吲哚及咔唑类主体/122
5.4.1非环主体/122
5.4.2大环主体/126
5.5酚及醇类主体/134
5.6中性C—H氢键类主体/136
5.7正离子型主体/139
5.7.1基于胍基正离子的主体/139
5.7.2基于氮杂环正离子的主体/141
5.8多胺类主体/146
5.8.1中性多胺主体/146
5.8.2非环质子化多胺主体/147
5.8.3单环质子化多胺主体/147
5.8.4双环质子化多胺主体/148
5.8.5多环质子化多胺主体/149
5.9其它类型主体/149
参考文献/151
第6章晶体工程/161
6.1引言/162
6.2强氢键和弱氢键驱动的一维堆积/164
6.3二维结构、互穿及包结现象/168
6.4三维及互穿结构/175
6.5光致化学反应选择性控制/178
6.6气体吸收与分离/184
6.7药物共晶/187
参考文献/191
第7章水溶液中的分子识别与自组装/195
7.1引言/196
7.2核酸碱基及模拟结构：配对与识别/196
7.3氨基酸及短肽：识别与自组装/205
7.3.1氨基酸和短肽及其衍生物的识别/205
7.3.2基于短肽及其衍生物的自组装/206
7.4糖的识别/209
参考文献/213
第8章互锁和缠结结构与分子机器：轮烷、索烃和分子结/215
8.1引言/216
8.2模板合成策略/217
8.3酰胺和脲氢键模板/218
8.3.1N—H…O氢键驱动制备轮烷/218
8.3.2N—H…Cl-和N—H…Br-氢键驱动制备轮烷/221
8.3.3N—H…O氢键驱动制备索烃/223
8.3.4N—H…Cl-和N—H…O—SO32-氢键驱动制备索烃/224
8.3.5N—H…O-（方酸）氢键驱动制备索烃/226
8.4N+—H…O氢键模板制备轮烷和索烃/227
8.5其它模板策略/231
8.5.1二(吡啶)乙烷C—H…O氢键模板构筑轮烷/231
8.5.2脒-羧酸N—H…O氢键（盐桥）模板构筑轮烷/232
8.5.3脲基嘧啶DDAA·AADD四重氢键驱动构筑动态[2]拟轮烷和[2]索烃/232
8.6分子结/233
8.7分子机器/235
8.8轮烷和索烃分子梭/236
8.9其它形式的分子机器/242
参考文献/245
第9章自组装有机纳米管/249
9.1引言/250
9.2大环自组装纳米管/250
9.2.1环肽自组装/250
9.2.2双脲大环自组装/254
9.3自组装多组分大环及其堆积形成纳米管/257
9.4箍桶型自组装纳米管/261
9.5肽链修饰柱芳烃单分子管/262
9.6分子和大分子螺旋纳米管/264
9.7两亲分子自组装纳米管/268
参考文献/269
第10章超分子胶囊与客体包结/273
10.1引言/274
10.2胶囊结构与包结/274
10.2.1网球型双分子胶囊/274
10.2.2半球型分子二聚体胶囊/275
10.2.3柱型双分子和扩展型多分子组装体/280
10.2.4扩展的柱型组装体/281
10.2.5排球型组装体/282
10.3客体进出机理与速率/284
10.4分子间相互作用力放大/284
10.5反应加速与催化/287
10.6底物稳定化及反应中间体捕集/288
参考文献/290
第11章氢键超分子聚合物/293
11.1引言/294
11.2氢键结合模式/295
11.3超分子聚合机理/296
11.4主链超分子聚合物/297
11.5堆积或簇集型超分子聚合物/299
11.6基于多头基单体构建超分子聚合物/301
11.7交联超分子聚合物/303
11.8其它形式的超分子聚合物材料/306
参考文献/309
第12章氢键促进及催化有机反应/313
12.1引言/314
12.2氢键促进大环合成/314
12.2.1通过酰胺键形成大环/314
12.2.2通过酰肼键和脲形成大环/319
12.2.3基于1,3-偶极环加成反应合成大环/321
12.2.4基于形成C—M键或配位键合成大环/322
12.2.5通过亚胺键形成大环/323
12.2.6通过腙键形成大环/325
12.2.7通过双硫键形成大环/326
12.3氢键促进苯甲醚水解/326
12.4氢键促进吡啶氧化/327
12.5氢键促进喹啉氯代和溴代/327
12.6氢键介质的自我复制/328
12.6.1寡核苷酸及类似物自我复制/328
12.6.2非核苷类底物反应的自我复制/330
参考文献/332
第13章氢键介质的有机材料/335
13.1引言/336
13.2分子构象开关/336
13.3超分子液晶/339
13.3.1棒状超分子液晶/339
13.3.2柱状超分子液晶/340
13.3.3其它类型的超分子液晶/345
13.4人工天线和光合作用体系/347
13.5染料敏化太阳能电池/349
13.6有机光伏（OPV）材料/351
13.7有机发光二极管/355
13.8有机场效应二极管/356
参考文献/361
索引/368

前言/序言

氢键作为一类非共价键作用力，自从20世纪30年代被化学大师鲍林提出并确定以来，在化学、生物、物理及材料科学研究中一直处于非常重要的地位。由于绝大多数有机分子和大分子、水和大多数有机溶剂以及很多机化合物和离子等都含有氢原子，氢键几乎可以说是处不在。从氢键的提出到现在，有关氢键的基础理论研究一直受到化学家的重视。但对于大多数研究人员来说，氢键主要是一类广泛存在的方向性较强的静电作用力，对分子、离子和大分子的物理、化学、生物和材料性质都可以产生很大的影响，被广泛地应用于解释很多重要的物理、化学和生物现象，并被广泛应用于设计新的分子和大分子体系，用于产生和提高需要的性质和功能等。
超分子化学是研究分子以上层次的化学，研究分子聚集体的结构、组分间的相互作用、聚集体形成的过程和综合性质等。分子识别和自组装是超分子化学的主要研究内容，前者强调结合的过程，后者重视集合体的整体结构与性质。超分子化学研究可利用的非共价键作用力包括氢键、配位作用、疏溶剂作用、范德华力、供体-受体相互作用、偶极相互作用及离子对静电作用等。这其中，氢键和配位作用具有较高的方向性，而氢键具有结合基元简单、易于修饰和集成化，能存在于不同溶剂中、结合强度跨越幅度大、结合模式种类多样、可以存在于所有分子和大分子体系中等特点。因此，在超分子化学研究中，以每年发表的论文数计算，以氢键为驱动力的研究约占三分之一，一直占据最大的比例。基于氢键的超分子化学研究范围之广泛，氢键超分子体系功能之复杂多样，应用之广泛，也是其它非共价键作用力所不及的。
目前，国际上已经出版多本以氢键为主题的超分子化学方面的图书，每年都有大量的涉及氢键的综述性文章发表，但国内尚没有专门论述基于氢键的超分子化学方面的著作。我国过去十年来超分子化学研究迅速发展，发表的涉及氢键的研究论文约占整个世界同期发表论文的32%（2016年底SciFinder数据）。出版一本面向中文读者的关于氢键的分子识别和自组装的专题图书显然是非常必要的。
本书编写的主要出发点是面对超分子化学领域的年轻科研人员、研究生和高年级大学生。本书采用的文献以最近十年发表的论文为主。每个章节都尽量简述研究的背景及重要性，具体内容以代表性的工作为主，并尽量收录我国学者发表的研究成果。重要的专题都给出近期发表的代表性综述文章，以方便读者迅速获得更加详细的文献资料。我们希望提供一本类似教科书功能的参考书，为年轻科研人员迅速了解氢键研究的背景、原理和方法，基于氢键的分子识别现象，氢键驱动的自组装结构和功能等提供一个快速通道。全书共包括13章，兼顾了氢键分子识别与自组装研究的基础和应用两个方面，有助于其它领域的科研人员了解氢键控制分子及大分子性质与功能的原理和方法。

黎占亭 张丹维
2017年1月

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