“化学之美”第六讲举行,焦阳主讲“动态有序的超分子世界”

4月19日15时,由北京大学图书馆和化学与分子工程学院联合主办的“学科之美系列讲座——化学之美”第六场讲座在图书馆南配楼艺术鉴赏厅举行,化学与分子工程学院助理教授焦阳作题为“动态有序的超分子世界”的讲座。全校40余位师生报名参加现场讲座。讲座由化学与分子工程学院博士后王进主持。

讲座现场

焦阳从近代化学的基础——原子论和分子学说引入,通过两个生动易懂的例子,向听众介绍了超分子化学:每个人都有对食物味道的偏好,而味觉是食物中的化学分子与蛋白质受体精准识别后,经神经信号传导产生的;不同的化学物质具有不一样的色彩,而即使不改变分子结构,同种分子在不同条件下组装,也可以形成不同的聚集态结构,产生不同颜色。

焦阳介绍道,超分子化学是“超越分子层面的化学”,关注的是分子间的相互作用、分子的识别与组装形成聚集体的过程。分子间的相互作用强度较低,动态可逆,同时和人与人之间的交往有着相似的特点:范德华相互作用类似“意气相投”,电荷相互转移作用类似“个性互补”,还有“资源共享”的自由基相互作用。进一步,通过“团结协作”的疏水效应、大环效应和协同效应,分子间的弱相互作用也可以被增强。总体看来,超分子体系动态和有序两大基本特征推动着化学向复杂的自然界逐步靠拢,为新颖的性质和功能创造了无限可能。

焦阳作讲座

焦阳指出,超分子体系得以“精雕细琢”的关键在于其动态可逆的分子间相互作用。基于这种特性,分子间可以自我调节组装,不断纠错,直至形成有序结构。基于动态键的有序结构,我们可以得到周期性多孔有机框架、规整的高分子组装体、可编码的胶体分子等。

焦阳对超分子化学在不同领域的应用作了简洁而深入的介绍。在能源环境领域,超分子体系有序的组装结构,适合作为高效的吸附、分离与催化平台。中东科学家以此为灵感,设计了能在沙漠中富集水资源的金属有机框架。在材料科学领域,超分子体系动态可逆的属性能够帮助材料提升性能,修复损伤,应用前景广阔。由环形和链状分子组装成的滑环材料具有特殊的力学性质,大大提高了材料的弹性、韧性、抗冲击性和耐疲劳性;基于动态键的超分子聚合物展现出了良好的自修复性能,可以有效延长材料的使用寿命。在生物医学领域,运用超分子化学的原理,设计能精准识别淀粉样蛋白的“分子伴侣”,可以阻止蛋白质的错误折叠和组装,促进蛋白聚集体的解聚,有望用于阿尔兹海默症的预防和治疗;此外,多肽超分子体系是富有潜力的再生医学材料,为生物组织的再生、甚至脊髓的损伤修复提供了新的机遇。

听众提问

讲座结束后,焦阳与在场师生进行了互动交流,解答了听众的提问。

主讲嘉宾简介

焦阳,北京大学化学与分子工程学院助理教授,博士生导师,2023年入选国家级青年人才计划。课题组主要从事有机化学、超分子化学和高分子化学的交叉研究,重点关注和探索自由基体系的精准识别、可控组装、活性调控,从而发展高选择性自由基反应、可控自由基聚合以及有潜力的超分子自由基材料。在Nature、JACS、ACIE、Chem等学术期刊上发表论文42篇,建立了“电子催化的分子识别”新策略,为超分子功能体系的精准构筑提供了强大工具。

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