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學生化學論文(精品多篇)

欄目: 論文精選 / 發佈於: / 人氣:2.17W

學生化學論文(精品多篇)

化學科學論文 篇一

22009年度SCIE收錄浙江省論文的統計分析

以地址“zhejiang”為檢索字段,限定入庫時間為“2009年”和數據庫為“SCI-EXPANDED”,在WebofScience數據庫中進行檢索,得到7879條檢索記錄,即2009年浙江省共有7879篇論文被SCIE數據庫收錄。以下將從不同的角度對該數據進行統計分析。

2.1機構分佈統計分析

根據被收錄論文數量排名統計,排名前十的機構分別為浙江大學、中國科學院、浙江工業大學、浙江師範大學、寧波大學、浙江理工大學、杭州師範大學、浙江工商大學、温州醫學院以及上海交通大學等。科技論文是一個機構基礎科研力量的反映指標。從上述兩表可以看出,整個浙江省的科研力量主要集中在高等院校,而浙江大學更是佔絕對優勢,被收錄論文達5000多篇,佔據所有被收錄論文的2/3。科研院所的科研力量比較薄弱,在排名前一百個機構中,僅僅只有六個機構為非大學機構,且除了浙江農業學院被收錄論文數量為58篇,其它機構被收錄論文數量均在50篇以內。企業的基礎科研非常欠缺,在排名前一百個機構中,沒有浙江省內大中型企業出現。

2.2合作機構統計分析

當今科學研究在研究規模、投資強度、研究方式以及涉及的領域等方面正在進入一個新的階段,雙邊和多邊參與的學術合作成為當今科學研究的一個趨勢,也是推動科學前沿發展的一個重要力量。通過對非浙江省機構(即合作機構)進行排名統計,排名前十的合作機構分別為中國科學院、上海交通大學、中國科技大學、北京大學、香港中文大學、復旦大學、清華大學、華東師範大學、南京大學以及瑞典皇家理工學院等。從上表可以得出,在合作機構選擇中,浙江省內作者以選擇國內機構為主要合作方,其中,中國科學院和上海交通大學為合作最為密切的兩家機構。但國際合作相對較少,排名前十的十家合作機構中,只有香港中文大學和瑞典皇家理工學院為大陸外合作機構。

2.3被引頻次統計分析

期刊的總被引頻次是一個相對客觀的質量評價指標,與期刊的總被引頻次類似,文章的被引頻次在一定程度上也反映了人們對某項研究工作的關注程度,從某一方面可以顯示科學論文在科研過程中被使用和受重視的程度,以及在學術交流中的作用和地位;因此,目前的研究評價中越來越多地傾向於採用被引頻次來衡量論文的重要性。本文通過對7879條檢索結果中的文獻進行被引頻次的統計排序,得出,超過被引頻次10次(含10次)的論文有153篇,其中,被引頻次超過100次的有1篇,超過50次的有9篇。被引頻次統計排名前十的10篇論文中,有8篇論文的作者機構為浙江大學,有8篇論文的學科類別為跨學科類別。

2.4學科分佈統計

通過對7879條檢索結果進行學科領域分佈統計,所屬學科領域排名前十的主要有材料科學、物理、化學、生物化學、應用數學、電氣電子工程學、光學、化學工程學等。從學科類別排名可以發現,浙江省的研究領域主要集中於材料科學、化工、應用物理領域以及跨學科領域等,但學科領域之間的研究力量比較均勻。

3結論

(1)科研力量分佈不均勻,主要集中在高等院校和科研院所,企業的基礎科研能力非常欠缺。政府在科研投入時應充分考慮資源均衡;科研院所應該加強創新能力,提高科研水平;企業要揚長避短,通過與高校和科研院所合作創新或引進創新,然後在消化吸收的基礎上進行獨立研發創新,提高企業技術創新能力。

(2)科研機構對外合作交流較多,但國際合作較少。雖幾個國際知名學校合作,包括瑞典皇家理工學院、新加坡國立大學、美國哈佛大學、美國康奈爾大學、美國普渡大學等,但數量極少。

化學論文 篇二

論文關鍵詞:建構主叉;順應;認知結構;重組

一、皮亞傑學説的基本觀點

在學習理論的發展歷史上,瑞士心理學家讓·皮亞傑佔有傑出的地位,他的認識論被稱之為建構主義理論。他的基本觀點是,人的知識既不是客觀的東西,也不是主觀的東西。而是個體與環境交互作用的過程中逐漸建構的結果。歷來人們對學生的發展問題的認識存在三種主要的觀點,其一是認為學生的發展主要是受先天因素制約的(遺傳説),其二是認為學生的發展主要是受後天的經驗所決定的(環境説),其三則認為學生的發展要從遺傳和環境的交互作用中求得制約的因素(相互作用説),皮亞傑則是第三種觀點的代表。這樣看來,學習過程並不是簡單的信息輸入、存儲和提取,“信息輸入”包含着新舊經驗之間雙向的相互作用過程,包含着外部信息的重新編碼和意義建構過程。所有的知識都是在個體與外部的相互作用中,通過個與經驗世界的對話而建構起來的。皮亞傑的發生認識論,是一種研究認知的結構、發生、發展過程,以及心理起源的學説。它主要研究的內容是知識的起源、知識的形成以及知識構成的心理機制。

皮亞傑對認知發展的看法,來自於他對某些有機體生物學上發展的分析。他對軟件動物的研究表明,有機體的某些發生論上的變化,既不完全是由遺傳決定的,也不完全是環境事件變化的結果。例如,他發現一些軟體動物,從平靜的水面遷徒到水流湍急的地方後,外型會變得短一些。這種建構對這些軟體動物在水流湍急的地方生存下去是十分必需的。而且,這種生物學上的變化,軟體動物會一代一代地遺傳下去。這是因為長時期環境的作用而導致的遺傳物質變化的結果。皮亞傑由此得出結論:有機體在發生、發展過程中並不是消極被動的,生物適應環境,從而倖存下來,是有機體與環境之間相互作用的過程。有機體在對變化了的環境條件下作出反應的過程中,建構了它所需要的特定的生物學上的結構。

從生物學研究轉向心理學研究的皮亞傑,力圖把生物學與認識論兩者溝通起來。在他看來,心理學是溝通生物學與認識論的最好橋樑。他的基本觀點是,不能把認識的發展與智慧的成長割裂開來。他認為,前面對生物發展的描述,也揭示了人類智慧發展的實質。智慧就像其它有生命力的系統一樣,也是適應環境的過程。同樣,認知結構也像生物學上的結構一樣,既不是事先就在頭腦中,也不是外部世界所賦予的,個體的智慧和認識是通過與環境相互作用而得到生長和發展的。其中,個體與環境(包括外部環境中的其他人)的相互作用(互動)是學習得以發生的客觀基礎:個體在內部通過一系列心智操作,完成新舊經驗的相互作用,從而建構起新的知識和理解,在內部建構起調節行為的心理結構的過程,是學習發生的內在機制:個體的行為變化或對環境的適應性行為。是學習發生的外在表現。

總之,學習本質上是知識的主動建構過程,是個體與外部世界的相互作用過程中,以一定的社會交往、社會規範、社會文化產品為背景,在已有經驗和知識的基礎上,建構自己新的知識和理解的過程,是意義的生成過程。

二、皮亞傑的認知發展理論

皮亞傑認為“智慧就是適應”,適應就是有機體與環境取得平衡,而這種平衡則依賴於有機體的同化與順應兩種機能的協調。他認為認知結構有四個基本的要素,就是圖式、同化、順應和平衡。“圖式”是指個體世界的知覺、理解和思考的方式。我們可以把圖式看作是心理活動的框架或組織結構。在皮亞傑看來,圖式可以説是認知結構的起點和核心,或者説是人類認識事物的基礎。嬰兒出生後頭腦中就有着本能的圖式,是遺傳性的圖式,個體之所以能對刺激作出某種反應,是由於個體具有能夠同化這種刺激的某種圖式。因此,圖式的形式和變化是認知發展的實質。

“同化”原本是一個生物學的概念,它是指有機體把外部要素整合進自己結構中去的過程。在認知發展理論中,同化是指個體對刺激輸入的過濾或改變的過程。也就是説,個體在感受到信息刺激時,會把信息納入頭腦中原有的圖式之中,使其成為自身的一部分,就像消化系統將營養物質吸收一樣。所不同的只是涉及的變化不是生理性的,而是機能性的,此時只能引起圖式的量的變化。在這種學習中,已有的知識與經驗遷移到新知識學習中,成為新知識學習的重要支撐和基礎,從而促成了新知識的學習。這種在原有知識基礎上的建構,屬於已有知識與經驗促進新知識學習的正遷移。隨着個體認知的發展,同化會經歷下列三種形式:①再現性同化,即基於學生對出現的某一刺激作出相同的重複反應;②再認性同化,即基於學生辯別物體之間的差異藉以作出不同反應的能力;③概括性同化,即基於學生知覺物體之間的相似性並把它們歸於不同類別的能力。

“順應”則是指“有機體調節自己的內部結構以適應特定刺激情境的過程”。順應是與同化伴隨而行的。當個體遇到不能用原有的圖式來同化新的刺激時,便要對原有的圖式加以修改或重建,以適應環境。在這種概念轉變學習中,需要清晰地對已有的概念結構進行重組。要經過順應的過程,學習者才能建構起新的知識。這是已有的知識與經驗在新知識學習中的負遷移。可見就本質而言,同化主要是指個體對環境的作用,順應則主要是指環境對個體的作用。顯然,在我們的教學中,學生接受信息如果只有同化,而沒有順應,就不可能引起圖式質的變化,那就談不上發展。對於重組和改造個體內部的認知結構來説,順應應比同化佔有更重要的地位。因此,學習是個體主動建構的過程,學習者不是被動的刺激接受者,他要對外部信息做主動的加工、選擇和批判。而且,知識或意義也不是簡單由外部信息單方面決定的,意義是學習者在已有知識和經驗的基礎上,通過新舊知識經驗間反覆的、雙向的相互作用過程而建構起來的。其中,每個學習者都以自己原有的知識和經驗系統(圖式)為基礎對新的信息進行編碼,建構自己的理解,同時使原有的知識與經驗系統有所增長(同化)或發生調整和改變(順應)。因此,學習不是僅僅指簡單的信息積累和增長(擴大性學習),而同時包含由於新舊經驗的衝突而引發的觀念轉變和結構重組(概念轉變學習)。

筆者認為,對於個體的成長來説,極為重要的就是個體內部的認知結構的形成和變化,而一旦形成了認知結構,則個體的發展主要決定於它的認知結構的改造、重組和調整。儘管人的認知發展水平的高低,決定了這種同化和順應的雙向建構的深化程度,決定於這種雙向結構的發展,決定於這種結構的不斷擴展和螺旋式上升的建構,但順應始終應處於比同化更重要的地位,因為順應追求的是個體圖式的質變。學校的學科教育擔負着促進學生認知成熟的特殊使命,在化學教學中,教師有責任不斷求得學生的認知結構循環的同化與順應的不斷的平衡,但平衡是相對的,不平衡是絕對的,舊的平衡向新的平衡轉化的關鍵,是個體舊有圖式的改造,使其發生質的變化,是學生認知結構的重組與調整。由此皮亞傑的建構主義學習觀為我們提供了考察學習本質和了解學習過程的一種新思路,我們正應該這樣來認識皮亞傑理論的精萃。

三、重視學生認知結構的改造與重組是改進化學教學的重要問題

皮亞傑的學習理論給予我們的重要啟示是我們必須在學生的學習過程中正確把握和處理好同化、順應和平衡三者之間的關係。平衡是相對的,暫時的,不平衡才能促進學生的發展,而發展才是我們所追求的根本目的,從這個意義上來説,順應比同化更重要,更應占先。中學生就年齡來説,他們已處於形式運演的認知發展階段,已經形成了各自的認知結構,繼續促進學生的發展,就意味着要不斷地通過同化順應、平衡的循環,促使學生的認知結構發生質的變化,這種質的變化就是認知結構的改造、重組和調整,而其抓手顯然應該是“順應”。我們要採取各種教學手段促使學生髮生順應的過程,這樣才能在學習中不斷促使學生的認知結構發生質的變化,才能不斷地提高我們的化學課堂教學的質量和效益。

舉例來説,在化學教學中,我們常常遇到這樣的問題,即怎樣進行化學知識的系統複習?這也是每一位化學教師面臨的一個高三總複習的教學策略問題。如果第一輪複習只進行簡單的機械重複(這對於基礎知識和基本技能較差的學生來講很有必要),這輪複習很少有學生認知結構的改造和重組。如果第二輪複習在必要重複的基礎上進行認真的分塊、歸類和分析(即把高中化學內容分為六大塊)並進行深入地討論和教學,顯然改造、重組和調整認知結構的份量會有所增加。如果第三輪複習在必要的重複加分塊、歸類和分析外,能精選例題作練習講解,則改造、重組認知結構的量會更大。一般的化學教師在系統複習過程中大致只做瞭如上三件事,因此改造、重組認知結構的的量也就達到了頂點,很難再有新的突破,接着就是漫無目的地搞題海戰術,使學生就像一台做題目的機器,企盼用大運動量的訓練,來達到複習鞏固的目的。這種做法充其量不過是利用練習把學生學習情景的新鮮變為陳舊,以降低學生的學習水平層次,以應付大學聯考,這種低效的、意義不大的機械學習,其知識意義自主建構過程基本消失,沒有在不斷促使學生的認知結構發生新的質的變化上下功夫。一般來講,大學聯考化學總復致可分為以下三輪,第一輪應以知識分塊、系統歸納和分析知識為主,第二輪以練習配合講評、討論為主,第三輪應該以思維訓練和方法指導為主,也即應以充分有力的新情境、新思路、新方法來提高學生的思維能力、遷移能力和分析問題、解決問題的能力,促進學生認知結構的改造、重組和調整。但由於缺少資料和方法,第三輪複習的思維訓練和方法指導色彩不濃,改組學生的認知結構、促進學生新的順應的外界刺激,不新穎、無力度。因此,學生往往感到收〖〗獲不夠大,效益不夠高。

化學研究論文 篇三

關鍵詞:教材挖掘備課

教材既是學生掌握知識的主要依據,又是培養學生學習能力的憑藉和載體。我們的教學任務不僅是把教材知識傳授給學生,而且更重要的是使學生通過教材的學習,掌握學習知識的方法為探求未知世界打下堅實基礎,以激發學生的探索熱情,培養其創新精神和創造能力,進而提高其綜合素質。因此,教學中要千方百計地創設教學情景,把教材作為憑藉,把教師置於組織者和指導者的地位,使教材的死內容變為活內容,再把學活的知識轉化為能力,才能真正體現教材的作用。下面就本人在教學一線的不懈探索,談談怎樣深度挖掘教材備好化學課。

一、對教材知識內容的挖掘

國中化學教材中所涉及到的知識點很多,對教材知識內容的處理需要注意的是:

1.知識的條理性和系統性:對教材知識內容分層次梳理單元知識,歸納知識點,連成知識線,構成知識面,結成知識網;防止知識遺漏,便於學生系統化、條理化地掌握知識,構建學科知識體系。

2.知識的規律性和方法性:突出重點,突破難點,抓住關鍵點,注重能力點,昇華學科思想,提煉知識規律,傳授科學方法,培養各種技能。

3.知識的針對性和警示性:針對學習和解題中出現的典型思維誤區指點迷津,警示學生避開錯路,少走彎路。

4.知識的新穎性和前瞻性:根據《考試説明》和近幾年全市課標會考命題方向,以經典會考試題為範例,全面掃描會考考點和熱點,總結命題規律和特點,展望命題的最新動向。

二、對教材重難點的挖掘

儘管教材中的知識點很多,但要注意的是並不是每個知識點都是重點,也不是每部分內容都要“平分秋色”,做好備重點工作有兩方面含義:一是要抓住教材的重點內容。重點內容就是教材中最主要、最基本的內容。如國中《化學》的重點是建立起基本的化學概念,既使學生認識化學,學習化學的方法和手段,指導解決問題的能力,又是學習化學學科思想和方法。因此,應在教學中將重點放在對化學基本知識、基本概念、基本的化學變化及物質組成的基礎上。二是下教案時要確定每堂課的教學重點和難點,本堂課着重要求學生掌握哪些知識或何種技能必須明確,而不能“眉毛鬍子一把抓”,什麼都想抓,結果什麼也抓不住。化學教學中備課確定重點一般注意三條:①基本概念②基本理論③基本方法。關鍵在於“基本”兩字。例如在學習物質的變化時,重點在於物理變化和化學變化的實質中有無新物質的生成,及組成物質的分子是否有了改變,只要抓住這關鍵所在,學生就能正確區分物質的變化是屬於物理變化或者化學變化中的哪種類型了。

在確定好教學重點的基礎上還應進一步對教材難點進行挖掘。難點的確定不同於重點的確定,重點的確定是因為選擇教學內容必須是基本的教學內容,而難點的確定則主要考慮學習中的教學內容對大多數學生而言的難易程度,更要考慮什麼樣的內容對學生而言是難以理解和掌握的,從中找出一些帶有規律性的東西來。確定教學難點從兩方面考慮:①學生對知識的獲得和認知經歷是由簡單到複雜的,獲得知識有具體到抽象的過程,故難點應有複雜性和城鄉性。②學生認識知識是從無到有,由簡單到複雜的,學生掌握技能總是先技能後技巧的,所以,難點又要是那些對學生來説比較生疏而又帶技巧性的。如化學計算中涉及到無數據、多反應、多步驟、聯繫知識面廣同時又是新的方面的內容,就可作為教學難點內容。

三、對教學內容的探索性的挖掘轉教材中需探索性的內容非常之多,關鍵在於教師能否深入挖掘。對教材中那些理論性強,難理解的內容,教師不應該只注重講深講透而讓學生死記硬背結論,而應該進行探索式教學,其效果會大不相同。認真研究教材,精心設計探究性實驗問題,學起于思,思源於疑,因此一個好的問題對整個教學都相當重要。實驗——化學教學的一種重要手段,它是有目的的使自然界中的現象在特定條件下再現,能簡單、明瞭的突出主要因素,給人以直觀、生動的感受,它能激發學生髮現問題,產生強烈的好奇心,並驅使他們積極思考,探究其中的奧妙。?做一個探究型的教師是新教材提出的一個基本要求。只有教師真正的探究起來,才能讓學生在學習中自然而然地去發現問題、分析問題、解決問題,從而形成探究能力。例如,在講物質的性質時,可採用展示實物的方法,讓學生自己探索並得出結論。如酒精的性質教學時可作如下設計:

展示:酒精燈一盞,盛有酒精半瓶,讓學生觀察並描述物質:透明液體;

演示:托盤天平一邊放上述酒精燈,另一邊放盛相同體積水的酒精燈,觀察天平,學生描述:酒精密度比水小。

演示:打開瓶蓋,讓學生用鼻嗅瓶口(注意正確方法),學生描述,有芳香氣味(易揮發)。

演示:向盛有水的燒杯中慢慢加入酒精並不斷攪拌,學生描述:酒精能以任意比例與水相溶。

演示:將酒精燈點燃,學生描述:酒精可以燃燒,具可燃性。

演示:將少量植物油分別倒入盛有水和酒精的試管中,學生描述:酒精可以溶解某些有機物,可做有機溶劑。

這樣做,學生精力集中,興趣盎然,思維積極活躍,實際是給學生設置了“發現”的情境,讓學生通過探索“發現”了酒精的性質。又如講實驗室制氫氣所需藥品時,可選用鐵、鎂、鋅和銅分別與稀硫酸反應,讓學生觀察其反應現象,比較找出最適合實驗室操作的藥品,後自己總結得出運用鋅和稀硫酸,因為其反應速度適中,產生氫氣量較多,反應時間較長等有利於對氣體的收集。

四、對教材內容的啟發性的挖掘

隨着教學改革的不斷深入,啟發式教學有了新的含義。啟發式不是一種具體的教學方法,而是一種方法論的指導思想。它能調動學生的學習積極性、自覺性,引導學生獨立思考,主動實踐的一切方式方法,均可稱為啟發式教學。要想真正做到正確運用啟發式教學,首先要做到善於挖掘教材內容中的啟發性素材,創設“啟發”的情境。①充分利用實驗啟發,如將鐵分別置於乾燥環境中、潮濕環境中、水中一段時間,進行觀察比較,啟發學生總結鐵生鏽的條件;②補充啟發性事例,如學習氧氣的用途時可補充宇航員在太空中生活,工業上鍊鋼,動植物的生命需要等等,讓學生理解氧氣有哪些用途;③巧妙比喻進行啟發,有些化學理論往往是抽象、枯燥的,如果用空洞的語言平鋪直敍地講述,學生接受起來就會感到乏味,效果極差。例如,對PH=5的鹽酸稀釋1000倍,為什麼PH≠8,理論講述,定量分析,理解都十分困難,但如果讓學生思考“糖水無限稀釋,能變成鹹味嗎?”,這樣啟發,學生會迅速理解。

五、對教材內容的開放性挖掘

教材內容的開放性,是指教學中以教材為中心和依據,但不侷限於教材,是以教材內容為憑藉,從知識、能力等方面向外延展和擴展。創設一些開放性的問題,拓寬學生的視野和知識面,處理好書內和書外的關係,要緊扣課本,適當補充書外知識,要用生動的實例,恰當的比喻和有趣的內容作適當補充,內容和教材相結合,讓學生掌握更多更新的知識和方法,進而提高學生的創造思維能力。

六、對教材內容的情感教育的挖掘

教材內容的情感教育是指如何利用教材中的情感教育素材,有目的地培養學生良好的情感品質,以防止和克服消極情感,使學生身心獲得全面健康的發展。①挖掘教材內容的吸引力,激發學生學習的積極性。充分利用好課堂演示實驗和學生實驗,引起學生的注意力,提高學生的好奇心和探求知識的慾望。開闊學生的思路,從而培養學生的辨證思維能力和敢於提出問題、敢於質疑的科學精神;②充分利用化學史教育激發學生勇敢精神和敢於冒險的精神。特別是科學家不畏艱險,不怕犧牲,勇於實踐和創新的精神。如介紹普利斯里發現氧,舍勒證明空氣中有“火氣”,拉瓦錫發現氮等等事例,都必將大大鼓舞學生學習的積極性。③聯繫生活實際,結合科技、生產、生活中的現象,激發學生對學習價值的認識和體驗。如在化學課堂中滲透環境教育。課堂教學是學校教育活動的主體,也是對學生進行環保教育的主要途徑。作為化學教師,應認真鑽研教材,挖掘教材的內在因素,找準與環境及環境問題有關的內容,閲讀有關資料,收看有關電視節目,廣泛涉獵,精心備課,適時對學生進行可持續發展教育。當講到空氣的成分時,指出空氣的成分一般説來是比較固定的,對於人類和動植物的生存非常重要。但隨着現代工業的發展,排放到空氣中的有害氣體和煙塵改變了空氣的成分,造成了空氣的污染。被污染的空氣會嚴重地損害人體的健康,影響作物的生長,造成對自然資源以及建築物等的破壞。在講到能源時,介紹我國解放後在能源開發和利用方面的成就,指出當今能源匱乏,污染嚴重等問題,培養學生愛護自然,保護環境的高尚意識。④利用教材中對易燃易爆物品的認識及防火防爆知識的學習,提高學生安全意識,將所學到的知識運用到自己生活中去,保護好自己的生命和財產安全。還可結合一些化學藥品的腐蝕性、毒性對人體造成傷害知識的學習,讓學生認識到,生活中無處不存在化學,化學已涉及到我們生活中的方方面面,進而是學生看到了學習化學的真正價值所在,保持學習化學的積極性。參考文獻:

1.陳旭遠:新課程實用課堂教學藝術(東北師範大學出版社)2004年6月

化學論文 篇四

關鍵詞:超分子化合物;主體客體;識別作用;配位

“超分子”一詞早在20世紀30年代已經出現,但在科學界受到重視卻是50年之後了。畢業論文超分子化學可定義為“超出分子的化學”,是關於若干化學物種通過分子間相互作用結合在一起所構成的,具有較高複雜性和一定組織性的整體的化學。在這個整體中各組分還保持某些固有的物理和化學性質,同時又因彼此間的相互影響或擾動而表現出某些整體功能[1].超分子體系的微觀單元是由若干乃至許許多多個不同化合物的分子或離子或其他可單獨存在的具有一定化學性質的微粒聚集而成。聚集數可以確定或不確定,這與一分子中原子個數嚴格確定具有本質區別,把多個組分的基本微觀單元聚集成“超分子”的凝聚力是一些(相對於共價鍵)較弱的作用力。如範氏力(含氫鍵)、親水或憎水作用等[2].

1超分子化合物的分類

1.1雜多酸類超分子化合物

雜多酸是一類金屬一氧簇合物,一般呈籠型結構,是一類優良的受體分子,它可以與無機分子、離子等底物結合形成超分子化合物。作為一類新型電、磁、非線性光學材料極具開發價值[3],有關新型Keg-gin和Dawson型結構的多酸超分子化合物的合成及功能開發日益受到研究者的關注。杜丹等[4,5]合成了Dawson型磷鉬雜多酸對苯二酚超分子膜及吡啶Dawson型磷鉬多酸超分子膜修飾電極,發現該膜電極對抗壞血酸的催化峯電流與其濃度在0.35~0.50mol/L範圍內呈良好的線性關係。靳素榮等[6]合成了9鎢磷酸/結晶紫超分子化合物,並對其光致變色性質進行了探究,即合成化合物具有光敏性,漫反射日光即可使其變藍。王升富等[7]合成了磷鉬雜多酸-L-半胱氨酸自組裝超分子膜電極,發現該膜電極對酸性溶液中的NO2-有明顯的電催化還原作用。畢麗華等[8]合成了多酸超分子化合物,首次發現了雜多酸超分子化合物溶於適當有機溶劑中可表現出近晶相液晶行為。劉術俠等[9]以Dawson型砷鉬酸、金剛烷胺為原料合成了超分子化合物(C10H18N)6As2Mo18O62·6CH3CN·8H2O,該化合物具有可逆的光致變色特性,並提出了一個可能變色機理。

1.2多胺類超分子化合物

由於二氧四胺體系可有效地穩定如Cu(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)等過渡金屬離子的高價氧化態,若二氧四胺與熒光基團相連,則光敏物質熒光的猝滅或增強就與相連的二氧四胺配合物與光敏物質間是否發生電子轉移密切相關,即通過金屬離子可以調節熒光的猝滅或開啟,起到光開關的作用。蘇循成等[10]合成了8羥基喹啉取代的二氧四胺大環配體,其中含有2個獨立的螯合基團,在適當情況下能分別與金屬離子配位。

大環冠醚由於其自組裝性能及分子識別能力而引起人們廣泛的重視。近來,冠醚又成為在超分子體系中用於建構主體分子的一種重要的建造單元。碩士論文李暉等[11]利用了冠醚分子的分子識別能力及蒽醌分子的光敏性,設計合成了一種新的氮雜冠醚取代蒽醌分子,並以該分子作為主體分子,以稀土離子作為客體構成超分子體系,並研究了超分子體系內的能量轉移過程。

1.3卟啉類超分子化合物

卟啉及其金屬配合物、類似物的超分子功能已應用於生物相關物質分析,展示了更加誘人的前景,並將推動超分子絡合物在分析化學中應用的深入開展。

1.4樹狀超分子化合物

樹狀大分子(dendrimer)是20世紀80年代中期出現的一類較新的合成高分子。薄志山等[12]首次合成以陰離子卟啉作為樹狀分子的核,樹狀陽離子為外層,基於卟啉陰離子與樹狀陽離子之間靜電作用力來組裝樹狀超分子複合物。鑭系金屬離子(Ln3+)如Tb3+和Eu3+的發光具有長壽命(微秒級)、窄波長、對環境超靈敏性等特點,是一種優良的發光材料,但鑭系金屬離子在水溶液中只有很弱的發光。朱麟勇等[13]合成了聚醚型樹枝體與聚丙烯酸線性聚合體的兩親雜化嵌段共聚物,研究表明聚醚樹枝體通過對Tb3+能量傳遞,使Tb3+發光強度大幅度提高的“天線效應”。

1.5液晶類超分子化合物

側鏈液晶聚合物具有小分子液晶和高分子材料的雙重特性,晏華在《超分子液晶》[14]中詳細討論了超分子和液晶的內在聯繫,探討了超分子液晶分子工程和超分子液晶熱力學。李敏等[15]從分子設計的角度出發,合成了以對硝基偶氮苯為介晶基團的丙烯酸類液晶聚合物,液晶基元上作為電子受體的硝基和作為電子給體的烷氧基可與苯環、NN之間形成一個離域的π電子體系。初步的研究表明:電暈極化製備的該類聚合物的取向膜具有二階非線性光學性質。堪東中等[16]用4,4′-二羧酸1,6二酚氧基正己烷與等摩爾的4,4′-聯吡啶合成了“T”型超分子液晶,並觀察到隨構築“T”型介晶基元分子結構的變化,組裝超分子體系由單向性液晶向穩定的雙向性液晶轉變的規律性。

1.6酞菁類超分子化合物

田宏健等[17]合成了帶負電荷取代基的中位四(4′-磺酸基苯基)卟啉及鋅絡合物和帶正電荷取代基的2,9,16,23四[(4′-N,N,N三甲基)苯氧基]酞菁季銨碘鹽及鋅絡合物,並用Job氏光度滴定的方法確定了它們的組成,為面對面的雜二聚體或三明治式的雜三聚體超分子排列。發現在超分子體系中卟啉與酞菁能互相猝滅各自的熒光,用納秒級的激光閃光光解技術觀察到卟啉的正離子在600~650nm和酞菁負離子自由基在550~600nm的瞬態吸收光譜。結果表明在超分子體系中存在分子間的光誘導電子轉移過程。

2超分子化合物的合成

2.1分子自組裝

近年來分子自組裝作為一種新的化學合成方法倍受關注,醫學論文尤其是分子尺寸在1~100nm的化合物,它們用常見的化學合成法一般很難得到。最近,Yan等[18]運用超分子自組裝方法合成了長度達釐米級、直徑達毫米級、管壁達400nm的管,成為超分子化學合成上的一個亮點。

劉雅娟等[19]利用一對互補的分子組分5(4十二烷氧基苯乙烯基2,4,6(1H,3H)嘧啶三酮和4胺基2,6二十二烷基胺基1,3,5三嗪的自組裝過程構築了一種直徑約為5μm的超分子納米管。變温傅里葉紅外光譜研究表明,在納米管的形成過程中,氫鍵、π-π相互作用和範德華力等非共價鍵相互作用導致了超分子納米管的形成。Reinhoudt等報道了最多具有47個鈀配合物的有機金屬樹狀分子,準彈性光散射實驗(QELS)、原子力顯微鏡(AFM)和透射電鏡(TEM)表明聚集體為直徑200nm的圓球,Puddephatt合成了直到第4代的樹狀鉑配合物(28個配位中心).

2.2模板合成

1992年Mobil公司的科研人員首次利用陽離子型表面活性劑的超分子液晶模板,合成了有介孔結構的氧化硅和鋁硅酸鹽,其中最具有代表性的是有六方排列介孔孔道的MCM-41[20].

以環糊精(α-CD,β-CD,γ-CD)作為環的輪烷的合成及性能研究尤其引人注目。環糊精邊緣是親水的,內腔是疏水的,環糊精作為主體與疏水客體分子自我識別可形成輪烷。劉育[21]在以環糊精為受體的分子識別和組裝方面做了深入的研究。Isnin等成功地合成了不對稱的輪烷。分子一端為二甲基(二茂鐵甲基)銨鹽,另一端為萘2磺酸鹽。Stoddart等用聚乙烯醇與α-CD作用,端基為2,4二硝基苯時,得到了含有20~23個α-CD的珍珠項鍊型輪烷。Stoddart等在室温下合成一系列的索烴。在室温下以二苯34冠10(BPP34CI0)作為模板得到了索烴,收率高達70%[22].

2.3其他方法

最近,趙樸素等運用密度泛涵B3LYP方法,在6-31G*水平上設計優化了丁二酮肟與苯甲酸通過四重氫鍵構築的異三體超分子,職稱論文顯示形成三聚體的反應可自發進行,實驗合成出相關異三聚體[23].

趙士龍等[24]在水熱條件下,合成了新型超分子化合物(bipyH2)2(H2P2Mo5O23).H2O,研究表明,雜多陰離子與質子化的4,4′-bipy和水分子通過氫鍵連成無限二維網狀結構,形成超分子化合物。欒國有等[25]利用中温水熱方法合成了化合物(H3NCH2CH2NH3)2[(HPO4)2Mo5O15],並確定其構型為5個MoO6八面體通過共邊和共角連接形成1個五元環,其環平面的上下兩側各有一組HPO4四面體通過共用3個O原子與Mo—O簇鍵合,並且[H2P2Mo5O23]4-與H3NCH2CH2NH3通過強的氫鍵作用,形成一種新型的有機無機超分子雜化材料。

3超分子化合物的應用

3.1在光化學上的應用

Lehn等設計了專門用於光釋放鹼金屬離子的穴醚,他們利用2硝基苄基醚充當一個大環的橋鍵,紫外光照可使此鍵斷裂,形成單環化合物,後者對鹼金屬離子的絡合能力大大下降。張海容等[26]發現在微量環已烷存在下,BCD可誘導BNS發射強的RTP.尹偉等[27]用Eu2+與鄰菲咯啉(Phen)、2噻吩甲酰三氟丙酮(TTA)和聯吡啶(Dpy)形成的四元、三元和二元系列配合物與上述2種分子篩組裝成新的系列超分子納米發光材料,並對它們的發光性能進行了比較。陳彰評[28]合成了卟啉冠醚4,4二甲基聯吡啶超分子模型化合物。研究發現4,4二甲基聯吡啶能很好地配合到卟啉與冠醚形成的空穴中去,在光照條件下,生成的卟啉激發態分子能很好地進行電子轉移,形成了一個很好的光開關模型。

2在壓電化學傳感器的應用

超分子化學的主客體適應原理,在壓電化學傳感器中得到廣泛的應用。超分子用作壓電化學傳感器的敏感塗層,利用超分子的特殊空間結構,通過分子間的協同作用,對目標分子進行分子識別。留學生論文符合空間結構的分析物被選擇性地吸附,可以明顯提高壓電化學傳感器的選擇性。利用多種冠醚衍生物作為QCM塗層測定有機蒸氣,如傳感器陣列、模式識別等,在二元、三元、四元有機蒸氣混合物中識別,預測結果較好,並用於定量分析。利用單苯15冠5(B15C5)、單苯18冠6(B18C6)、二苯30冠10(DB30C10)塗於TSM化學傳感器電極表面,可對39種有機蒸氣進行分析,其中B15C5(塗載量12mg)對甲酸的檢出限為20.1μg/L,並具有很寬的線性範圍。

Dickert等用塗BCD的QCM和SAW測定四氯乙烯,測定下限可達幾個10-6(Y).以後,他們又用交聯BCD作為QCM的塗層測定氯苯,大量的二乙醚存在時(二乙醚-氯苯的體積比為50000∶1),不干擾測定,線性範圍10×10-6~500×10-6(Y),並用於監測Grignard反應終點。Nelli等用間苯二酚杯芳烴衍生物作QCM敏感塗層,對硝基苯有較高的選擇性,在相對濕度高達90%和有H2,H2S,NO,SO2,CH4,n-C4H1O共存時不干擾測定。Dermody等用多種杯芳烴衍生物,在SAW石英錶面分子自組裝成雙分子層,測定苯、氯苯、甲苯等。Pinalli等用間苯二酚杯芳烴衍生物,測定氣相中酒精的含量,線性範圍1×10-3~4×10-3(Y),重現性好。Malitesta等用分子印跡電合成聚合製備仿生QCM傳感器。姚守拙等用咖啡因(CAF)作模板分子製成BAW傳感器,對CAF的響應範圍為5.0×10-9~1.0×10-4

mol/L,在pH8.0時檢出限5.0×10-9mol/L,回收率96.1%~105.6%[29].

3.3超分子化合物的識別作用

所謂分子識別就是主體(或受體)對客體(或底物)選擇性結合併產生某種特定功能的過程,是組裝及組裝功能的基礎,是酶和受體選擇性的根基。互補性(complementarity)及預組織(preorganization)是決定分子識別過程的2個關鍵原則,前者決定識別過程的選擇性,後者決定識別過程的鍵和能力。

對羧酸根、磷酸根的識別研究目的主要在於探討主體分子對氨基酸、肽、核苷酸等的識別,進而研究對肽、核酸的催化水解反應。大環多胺及其金屬配合物能很好地識別羧酸根、磷酸根的主體分子。帶吖啶基團的配合物,通過Zn2+配合物的超分子自組裝可對對二甲酸進行選擇性識別。如果在大環多胺環外還有可以配位的氨基,則它與Cu(Ⅱ)能形成更加穩定的配合物。化合物(結構見圖1)與Co(Ⅲ)形成的配合物與PO4

3-能形成相當堅固的配合物。因為分子識別的目的,這是系統可以作為一個能使磷酸鍵合位置移動的新摸型[30].

3.4超分子化合物作為分子器件方面的研究

分子器件是一種由分子元件組裝的體系(即超分子結構),它被設計成為在電子、離子或光子作用下能完成特定功能的體系。劉祁濤[31]用對苯二甲酸terph為配體,合成了[Cu2(bpy)2(terph)]Cl2·4H2O晶體,其中bpy為2,2′聯吡啶。英語論文應用苯三甲酸(TMA)為配體可以合成[Cu3(TMA)(H2O)3]n配位超分子晶體,為由配體超分子的途徑製造納米級的孔材料、實現納米反應器的設想提供了可能。8羥基喹啉、鄰菲咯啉的許多金屬配合物都具有熒光,且配合物穩定。把8羥基喹啉或鄰菲咯啉引入大環,由於兩者都具有獨立的配位功能,可以形成穩定的超分子化合物,並進一步發展為光化學器件。

3.5超分子化合物在色譜和光譜上的應用

顧玉宗等[32]利用LB技術,以二十碳酸作輔助成膜材料,在疏水處理的P-Si上分別製備了2,4,6,10和20層聚乙烯咔唑(PVK)超分子膜。對這種體系的表面光電壓譜(SPS)研究結果表明,表面光電壓隨PVK膜層數的增加而增強,在紫外區增強較為明顯,隨着膜層數的增加,表面光電壓有趨於飽和的趨勢。膜對基底的敏化主要是由於PVK的光導電性引起的。楊揚等[33]成功地用高效液相色譜法分離了某些超分子化合物合成過程中間產物富電子對苯二酚聚醚鏈(HQ)系列產品。

3.6超分子催化及模擬酶的分析應用

超分子的反應性和催化性,與酶對底物的識別和催化底物參加反應極相似。工作總結以模仿天然酶對底物的分子識別和高效催化活性為目的的模擬酶(或稱人工酶)研究近十多年來是生物化學和有機化學的重要課題。其中對過氧化物模擬酶的分析應用研究特別突出。慈雲祥等將氨基酸、蛋白質、核酸,對某些金屬卟啉的模擬酶活性的影響加以應用,並結合免疫分析技術,建立模擬酶作示蹤物的酶免疫分析方法,或以模擬酶作非放射性探針標記物建立核酸序列分析方法[34].

3.7在分析化學上的應用

Shinkai等在研究硼酸衍生化卟啉的分子組裝行為,並用於測定糖分子構型方面取得了許多成果。例如:四(4硼酸基苯基)卟啉(TBPP)在水溶液中和糖分子存在下由π-π堆積成的聚集體,圓二色譜(CD)的激子偶合帶(ECB)符號,對糖分子的絕對構型有專一性,可檢測糖分子的絕對構型等等[34].

4結語

目前,超分子化學的理論和方法正發揮着越來越重要的作用,該學科的研究將更加緊密地與各化學分支相結合。可以預見,作為超分子化學起源的主客體化學將與有機合成化學、配位化學和生物化學互相促進,為生命科學、能源科學等共同做出巨大貢獻;超分子化學方法在無機化學中的應用,留學生論文將使人們獲得多種具特定功能的配合物、晶體、陶瓷等材料;物理化學則要改變當前超分子化學的定性科學現狀,從微觀和宏觀上把選擇性分子間力、分子識別、分子自組裝等過程用適當的變量進行定量描述,從而提高人們對超分子化學的認識和預測、控制能力,最終要尋求解釋超分子體系內在運動規律和預言此類體系整體功能的理論工具[2].

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