2025年大學《資源化學》專業(yè)題庫——超分子材料化學合成技術考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。下列每小題均有三個或四個選項，請將正確選項的字母填在題后的括號內(nèi)）1.下列哪一項不是超分子化學中常見的非共價鍵相互作用力？A.氫鍵B.離子-偶極相互作用C.共價鍵D.π-π堆積2.在超分子化學中，利用分子間非共價鍵相互作用自發(fā)組裝形成有序聚集體或復雜分子的過程稱為：A.共價聚合B.自組裝C.活性聚合D.催化反應3.下列哪種化合物常被用作超分子化學研究中的“分子容器”或“分子膠囊”？A.聚苯乙烯B.籠狀化合物（如杯狀分子）C.脂質(zhì)體D.多壁碳納米管4.“點擊化學”策略在超分子合成中主要優(yōu)勢在于：A.反應條件溫和，選擇性好，原子經(jīng)濟度高B.可形成穩(wěn)定的共價鍵C.操作簡單，快速高效D.以上都是5.下列哪種方法不屬于典型的模板法合成超分子材料？A.主客體化學B.利用生物分子作為模板C.原位生長法D.自組裝6.用于表征超分子組裝體的一維結(jié)構(gòu)（如鏈構(gòu)型、環(huán)狀結(jié)構(gòu)）和分子量大小的主要技術是：A.X射線衍射（XRD）B.凝膠滲透色譜（GPC）/高效液相色譜（HPLC）C.核磁共振（NMR）D.透射電子顯微鏡（TEM）7.超分子材料在資源化學領域的應用不包括：A.高效吸附分離重金屬離子B.設計新型催化劑用于資源轉(zhuǎn)化C.用于有機合成中的所有步驟D.制備智能響應材料用于環(huán)境監(jiān)測8.能夠選擇性地識別和結(jié)合特定分子（客體）的分子或超分子結(jié)構(gòu)被稱為：A.接收體B.給體C.主客體分子D.模板9.在利用杯狀分子合成輪烷時，通常需要：A.較強的酸催化B.特定形狀的客體分子C.共價鍵連接D.高溫高壓條件10.下列哪項不是影響超分子材料自組裝行為的關鍵因素？A.分子結(jié)構(gòu)B.環(huán)境介質(zhì)（如溶劑極性）C.溫度D.共價鍵強度二、填空題（每空1分，共15分）1.超分子化學的核心思想是研究______________與______________之間的相互識別和結(jié)合。2.常見的超分子合成策略包括______________、______________和模板法等。3.主客體化學中，能夠形成主客體復合物的分子稱為______________，而被包結(jié)的分子稱為______________。4.杯狀分子具有獨特的______________空腔，可以識別和包結(jié)多種______________分子。5.點擊化學常用的反應類型包括疊氮-炔環(huán)加成、______________和______________等。6.表征超分子材料的宏觀形貌常用______________和______________等技術。7.超分子材料在資源化學中的應用潛力巨大，例如可用于______________、______________等領域。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述氫鍵在超分子組裝中的作用。2.比較物理自組裝和化學自組裝在驅(qū)動力和穩(wěn)定性方面的主要區(qū)別。3.簡述利用模板法合成超分子材料的基本原理。4.簡述杯狀分子作為分子容器的主要特點及其應用前景。四、論述題（每題10分，共30分）1.論述超分子化學合成技術在開發(fā)高效資源利用材料（如吸附劑、催化劑）方面的優(yōu)勢和應用前景。2.選擇一種你感興趣的超分子合成方法（如點擊化學、自組裝），詳細闡述其基本原理、關鍵步驟、常用試劑以及至少兩種潛在應用。3.結(jié)合資源化學專業(yè)的特點，討論在超分子材料的合成與設計過程中需要考慮的關鍵因素。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.B4.D5.D6.B7.C8.C9.B10.D二、填空題1.分子，分子2.自組裝，模板法3.主分子，客體分子4.空腔，客體5.酰亞胺環(huán)加成，Diels-Alder環(huán)加成6.透射電子顯微鏡，掃描電子顯微鏡7.吸附分離，催化轉(zhuǎn)化三、簡答題1.解析思路：氫鍵作為一種較強的分子間作用力（相對其他非共價鍵），在超分子化學中起著關鍵作用。它可以作為驅(qū)動力促使分子有序聚集，形成超分子聚集體。氫鍵的方向性和成對性使得分子能夠按照特定的幾何構(gòu)型排列，從而決定組裝體的結(jié)構(gòu)特征（如鏈狀、層狀、環(huán)狀等）。同時，氫鍵網(wǎng)絡也賦予了超分子組裝體一定的穩(wěn)定性和特定的物理化學性質(zhì)。2.解析思路：物理自組裝主要驅(qū)動力是熵驅(qū)動的（如疏水效應）或熱力學穩(wěn)定的非共價鍵相互作用（如氫鍵、π-π作用），組裝體通常具有較高的熵值，穩(wěn)定性相對較低，結(jié)構(gòu)可逆性較強，條件變化（如溫度、溶劑）易導致解組裝。化學自組裝則涉及共價鍵的形成或強相互作用，驅(qū)動力是形成更穩(wěn)定、低能量的共價結(jié)構(gòu)，組裝體通常穩(wěn)定性更高，結(jié)構(gòu)更持久，但可能涉及較復雜的合成步驟。3.解析思路：模板法合成超分子材料的原理是利用一個預先存在的模板分子（可以是生物分子、無機物或小分子）來引導或控制目標超分子結(jié)構(gòu)的形成。模板分子提供特定的空間構(gòu)型、環(huán)境或反應界面，使得其他構(gòu)筑模塊（單體或配體）能夠按照模板的構(gòu)型有序地結(jié)合或反應，最終形成包含模板結(jié)構(gòu)特征的目標產(chǎn)物。關鍵在于模板的選擇及其與構(gòu)筑模塊的特異性相互作用。4.解析思路：杯狀分子作為分子容器的主要特點是其內(nèi)部具有大小均一、形狀特定的空腔，且空腔口部通常有合適的尺寸和疏水性，可以有效地選擇性地容納或包結(jié)客體分子（如小分子、離子）。這種主客體相互作用可以導致客體分子的保護、傳感、催化活性改變等。應用前景包括分子識別與傳感、藥物遞送、催化、分離純化等。四、論述題1.解析思路：超分子化學合成技術優(yōu)勢在于利用溫和條件、選擇性好、易于構(gòu)建復雜結(jié)構(gòu)。在資源化學領域，可設計合成具有高選擇性吸附分離特定資源（如離子、小分子）的超分子吸附劑，或構(gòu)建具有特定催化活性的超分子催化劑，用于資源轉(zhuǎn)化（如水處理、二氧化碳利用、生物質(zhì)轉(zhuǎn)化）。例如，利用杯狀分子或輪烷設計高效選擇性吸附劑，利用主客體化學或點擊化學構(gòu)建高活性、可回收的催化位點。應用前景廣闊，有望解決資源高效利用和環(huán)境治理中的難題。2.解析思路：（選擇點擊化學為例）*基本原理：點擊化學是一種模仿生物體內(nèi)天然分子連接方式的化學策略，旨在通過一系列簡單、高效、選擇性好且原子經(jīng)濟性高的化學反應，快速、可控地構(gòu)建復雜分子。其核心思想是利用少數(shù)幾類“snap-together”的官能團，通過可預測的、高選擇性的環(huán)加成反應（如疊氮-炔環(huán)加成）或其他適宜反應（如Diels-Alder加成、席夫堿形成、烯烴復分解等）實現(xiàn)分子的模塊化組裝。*關鍵步驟/常用試劑：以疊氮-炔環(huán)加成為例，關鍵步驟包括首先合成含有疊氮基團（-N3）的分子（疊氮體）和含有炔基（-C≡C-）的分子（炔烴），然后在催化劑（常用Cu(I)鹽）和合適的溶劑/條件下，使兩者發(fā)生1,3偶極環(huán)加成反應，生成1,4-偶氮烷烴衍生物。常用試劑包括各類疊氮試劑、炔烴，以及Cu(I)催化劑（如CuSO4,CuI）、配體（如SBA,1,10-Phenanthroline）和還原劑（如TBAOOH）。*潛在應用：點擊化學在超分子合成中的應用非常廣泛，例如：用于構(gòu)建具有特定孔道結(jié)構(gòu)的多孔材料（如MOFs的配體合成）、合成具有復雜結(jié)構(gòu)的功能性分子（如光敏劑、催化劑）、制備智能響應材料（如pH/溫度敏感的超分子聚合物）、開發(fā)新型生物探針和藥物分子（通過生物相容性好的反應構(gòu)建）。*（選擇自組裝為例）*基本原理：自組裝是指分子或納米顆粒等基本單元在驅(qū)動力（如熱力學上的自由能最小化或熵最大化，主要由分子間非共價鍵相互作用驅(qū)動）作用下，無需外部干預自發(fā)地聚集形成有序或無序聚集體或超分子的過程。其核心在于分子間相互作用的特異性（親和力）和分子內(nèi)相互作用的排他性（排斥力），這些作用力決定了組裝體的最終形態(tài)和結(jié)構(gòu)。*關鍵步驟/常用試劑：自組裝過程通常涉及構(gòu)筑模塊的設計合成，使其分子間存在合適的非共價鍵相互作用。關鍵在于選擇合適的構(gòu)筑模塊結(jié)構(gòu)和功能基團，以及控制組裝環(huán)境（如溶劑極性、溫度、pH、濃度、界面等）。常用構(gòu)筑模塊包括杯狀分子、冠醚、多輪烷、嵌段共聚物、納米顆粒等。常用試劑和方法包括溶液法（攪拌、蒸發(fā)）、界面法、氣相法等，有時需要外場（如電場、磁場）輔助。*潛在應用：自組裝在超分子材料領域應用極廣，例如：形成有序的超分子薄膜用于傳感、光學器件；構(gòu)建多孔材料用于氣體儲存和分離；形成膠體粒子用于藥物遞送和生物成像；合成具有特定功能的納米線、納米管等低維結(jié)構(gòu)用于催化和電子學。3.解析思路：結(jié)合資源化學專業(yè)的特點，超分子材料的合成與設計需考慮以下關鍵因素：*資源導向性：合成目標應與資源化學的研究方向緊密相關，例如針對特定資源的有效提取、分離、轉(zhuǎn)化或利用。需要考慮如何利用超分子化學的手段來解決資源（如礦產(chǎn)資源、水、生物質(zhì)、大氣污染物等）相關的具體問題。*選擇性：資源化學過程往往涉及多種組分，需要開發(fā)具有高選擇性（如對目標離子、分子選擇性吸附或催化）的超分子材料，以實現(xiàn)高效分離、純化或轉(zhuǎn)化，減少副反應和能耗。*環(huán)境友好性：合成過程和最終材料應具有環(huán)境友好性。合成方法應選擇綠色、溫和的條件，減少有害副產(chǎn)物。最終材料應具有良好的生物相容性（如用于生物資源利用時）或環(huán)境穩(wěn)定性（如用于環(huán)境修復時），易于降解或回收。*經(jīng)濟可行性：超分子材料的合成方法應具有較好的可操作性，所用原材料和試劑應盡可能廉價易得，合成過程應盡