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第1章 氢键概论1

1.1背景与定义2

1.2几何参数和定义3

1.3能量参数与定义5

1.4氢键的能量标度和分类6

1.5强氢键和弱氢键的差异7

1.6影响氢键强度的因素8

1.6.1溶剂化效应8

1.6.2电负性效应9

1.6.3极化增强效应9

1.6.4共振协助效应10

1.6.5二级相互作用12

1.7氢键振动性与短-强氢键13

1.8氢键的研究方法14

1.9结合常数的测定15

1.9.1异体1：1配合物16

1.9.2同体1：1配合物17

1.9.3异体1：2配合物17

1.9.4竞争实验方法18

参考文献19

第2章 氢键结合模式21

2.1引言22

2.2氢键供体和受体22

2.3单官能团氢键23

2.3.1醇和酚23

2.3.2羧酸24

2.3.3酰胺25

2.3.4脲和硫脲26

2.3.5硝基化合物28

2.3.6 1，2，3-三氮唑28

2.4分子内氢键29

2.4.1醇、酚、羧酸O—H…O氢键29

2.4.2酰胺、脲和酰肼N—H…O和N—H…N氢键30

2.4.3酰胺、脲和酰肼N—H…X （X=F， Cl， Br， 1）氢键32

2.4.4酰胺N—H…S氢键37

2.4.5三氮唑C—H…X （X=O， F， Cl， Br）氢键38

2.5双氢键体系39

2.6三氢键体系39

2.6.1 DAD·ADA型二聚体39

2.6.2 DDA·AAD型二聚体40

2.6.3 DDD·AAA型二聚体41

2.7四氢键体系42

2.7.1 ADAD型同体二聚体42

2.7.2 AADD型同体二聚体43

2.7.3 DAAD · ADDA型异体二聚体44

2.7.4 AADA · DDAD型异体二聚体45

2.7.5 AAAA · DDDD型异体二聚体46

2.8六氢键体系46

2.9寡聚酰胺和酰肼氢键二聚体47

2.9.1人工β-折叠体二聚体47

2.9.2酰胺/脲杂交单体二聚体48

2.9.3基于脂肪/芳香酰胺和酰肼杂交骨架单体的二聚体49

2.9.4基于芳香酰胺骨架单体的二聚体52

2.10基于氨基氮杂环单体的二聚体54

参考文献55

第3章 生命体系中的氢键59

3.1引言60

3.2无机离子60

3.3有机分子61

3.4肽和蛋白质62

3.4.1氨基酸63

3.4.2二级结构64

3.4.3三级结构和四级结构66

3.5核酸66

3.6糖、寡糖和多糖69

3.7生物膜70

参考文献71

第4章 人工二级结构：单分子组装体及其功能73

4.1引言74

4.2脂肪氨基酸序列74

4.3氨氧酸类肽模拟物78

4.4脂肪脲寡聚体79

4.5芳香酰胺寡聚体79

4.6其它芳香骨架寡聚体82

4.7脂肪-芳香酰胺杂交序列84

4.8折叠体树枝状分子87

4.9配位诱导的折叠与螺旋88

4.10氢键诱导的人工二级结构的功能与应用89

4.10.1生物功能和药物设计89

4.10.2分子识别90

4.10.3自组装92

4.10.4动态[2]索烃94

4.10.5调控分子内供体-受体相互作用94

4.10.6调控聚合物力学性能95

4.10.7调控分子梭动力学96

参考文献97

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

8.3.1 N—H…O氢键驱动制备轮烷218

8.3.2 N—H…C1-和N—H…Br氢键驱动制备轮烷221

8.3.3 N—H…O氢键驱动制备索烃223

8.3.4 N—H…C1-和N—H…O—SO32-氢键驱动制备索烃224

8.3.5 N—H…O-（方酸）氢键驱动制备索烃226

8.4 N+—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（吡啶鎓）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