超分子组件

超分子组件是通过非共价键结合在一起的分子复合物。虽然超分子组装体可以简单地由两个分子（例如，DNA双螺旋或包合化合物）或四元配合物中确定数量的化学计量相互作用分子组成，但它更常用于表示由不定数量组成的更大配合物形成球状、棒状或片状物质的分子。胶体、液晶、生物分子缩合物、胶束、脂质体和生物膜是超分子组装体的例子。超分子组装体的尺寸范围可以从纳米到微米。因此，它们允许使用自下而上的方法以比类似尺寸的单个分子少得多的步骤访问纳米级物体。超分子组装形成的过程称为分子自组装。一些人试图将自组装区分为单个分子形成定义聚集体的过程。因此，自组织是这些聚合体创建更高阶结构的过程。这在谈论液晶和嵌段共聚物时会变得很有用。

正如在配位化学中研究的那样，金属离子（通常是过渡金属离子）存在于与配体结合的溶液中。在许多情况下，配位球定义了有利于配体之间或涉及配体和其他外部试剂反应的几何形状。CharlesPedersen在使用金属阳离子作为模板合成各种冠醚时描述了一种众所周知的金属离子模板。例如，18-crown-6强配位钾离子，因此可以使用钾离子作为模板金属通过威廉姆森醚合成来制备。金属离子经常用于组装大型超分子结构。金属有机框架(MOF)就是一个例子。MOF是无限结构，其中金属作为节点将有机配体连接在一起。SCC是离散系统，其中选定的金属和配体进行自组装以形成有限的超分子配合物，通常形成的配合物的大小和结构可以通过所选金属-配体键的角度来确定。

氢键辅助超分子组装是有机小分子通过非共价氢键相互作用组装形成大的超分子结构的过程。氢键的方向性、可逆性和强键合特性使其成为超分子组装中有吸引力和有用的方法。羧酸、脲、胺和酰胺等官能团通常用于通过氢键组装更高级的结构。氢键在生物大分子的二级和三级结构的组装中起着至关重要的作用。DNA双螺旋是由碱基之间的氢键形成的：腺嘌呤和胸腺嘧啶形成两个氢键，而鸟嘌呤和胞嘧啶形成三个氢键（DNA双链体形成中的氢键）。自然界中氢键辅助组装的另一个突出例子是蛋白质二级结构的形成。α-螺旋和β-折叠都是通过酰胺氢和酰胺羰基氧之间的氢键形成的（蛋白质β-折叠结构中的氢键）。在超分子化学中，氢键已广泛应用于晶体工程、分子识别和催化等领域。氢键是自下而上设计晶体中分子相互作用的最常用合成子之一。超分子组装的代表性氢键模式如图超分子组装中的代表性氢键模式所示。三聚氰酸和三聚氰胺的1:1混合物形成具有高密度氢键网络的晶体。这种超分子聚集体已被用作设计其他晶体结构的模板。

超分子组件没有特定的应用，但却是许多有趣反应的主题。纳米纤维形式的肽两亲物的超分子组装已被证明可以促进神经元的生长。这种超分子方法的一个优点是纳米纤维将降解回可以被身体分解的单个肽分子。通过树枝状二肽的自组装，可以生产出空心圆柱体。圆柱形组件具有内部螺旋顺序并自组织成柱状液晶晶格。当插入囊泡膜时，多孔圆柱形组件介导质子跨膜的传输。树突的自组装产生纳米线阵列。电子供体-受体复合物包含圆柱形超分子组件的核心，其进一步自组织成二维柱状液晶晶格。每个圆柱形超分子组件都用作单独的导线。获得了空穴和电子的高电荷载流子迁移率。