下载更多的书籍请进入红樱桃化学化工论坛 http://www.6yes.com/bbs/

国外优秀化学著作译丛——分子器件与分子机器 - V.巴尔扎尼

上一篇 / 下一篇 2008-07-02 11:23:20

出版日期:2005年6月
前言
人类社会的进程总是与新型的机器和设备联系在一起的。由于各种不同的使用目的，一种机器或设备可以很大，也可以很小。在过去的50年里，在机器和器件设备中使用的组件逐步微型化，致使技术领域，特别是信息处理领域取得了很大的成就。人们预言，微型化进程并不只局限于缩小物质型号和增大计算机的力量，在医药、环境、能量以及材料领域中也同样要开辟一条新的道路。
到目前为止，微型化使用的是“从上向下(化大为小)”的方法，而这种方法已经接近其物质能力的极限(几百纳米)。然而，微型化还能有更远的发展前景，正如Richard RFeynman在1959年对美国物理协会所做的著名报告中所说的“底部仍有大量空间”。在过去的10年里，化学家们接受了Feynman的挑战。分子，这种物质的最小实体，具有其独特的形状和性质，化学家们因此由分子着手，发展了一种“积小为大(bottomup)”的方法，使分子机器设备达到了纳米的尺寸。
人们对人工分子机器结构的灵感大多来源于分子生物学所取得的进步，分子生物学已经开始揭示天然分子机器的秘密，而天然分子机器正是构成生命的物质基础。积小为大的方法与自然界中存在的其他方法一样复杂，当然，它也是一项不可能的任务。因此，化学家们尝试将分子机器的结构简单化，不模仿生物分子机器的复杂结构。近年来，化学界的精英结合机器驱动设计出许多有意思的分子机器结构。
许多这样的人工系统在溶液中被发现。虽然分子机器有相当的重要性，但是在溶液中的不合逻辑性往往成为形成有用的官能团的主要障碍。毋庸置疑，这种观念将有助于形成更实用的系统。我们将要跨入新的世纪，的确需要投入无限的精力，抓住各种机会，很好地开发积小为大达到纳米技术。
由于化学界对分子机器的兴趣与日俱增，我们认为很有必要开一个专题讨论会，以介绍该领域所涉及的各种问题，并提出关于该化学界前沿理论的支持的、反对的和中立的观点。本书中所提出的各个观点都得到了论证，这些例子都从近年来关于人工分子机器的文献中参考的。当然，也选择了一些天然的和仿生的分子机器为例，这些例子并不是想与人工系统做对比，仅仅是想让人们感受到化学机器构成的生命的美与复杂性。在书中，非均相或固相系统的人工分子系统只作简要说明，尽管这也非常重要，但并不是因为篇幅有限，而是因为我们相信该领域是需要大量实验的，而现在尚未完全成熟。
本书中包括很多章节的介绍，所引用的基本原则都是以已取得的成就为例的。我们努力在本书中涵盖先进的科研成果，用通俗易懂的语言，使用公式、表格或其他数据，使我们所要表达的主题尽量清楚。最后附录所包含的词汇表与缩写也能够帮助读者更好地阅读本书。
本书所讨论的体系与传统化学不同。例如，主客体通常认为属于有机化学的范畴，多核金属络合物几乎全部都出现在无机化学中讨论，电化学与闪光光解则属于物理化学范畴。本书的一个不容忽略的贡献就是激励着传统化学家冲破传统的学科限制，加强与表面上不相关的(实际上互补的)研究小组之间的合作。
我们认为，这本书不仅对化学、物理、生物和纳米科技领域的研究具有重大意义，同样也可以作为本科生或硕士研究生的学习教材，例如，可以作为超分子化学，物理有机化学，光化学，电化学以及能量或电子传递的教材。我们相信，不久后，以分子机器为重点的学科必将成为大学里的一门必修课。
没有哪一个作者能够单独完成一本书的撰写，本书也是如此，它是很多研究者们共同努力的结晶。首先，感谢我们研究小组的成员，感谢他们的支持与帮助。特别要感谢Roberto Ballardini，Maria Teresa Gandolfi和Mauro Maestri，他们对本书的一些章节做出了特别大的贡献。我们同样也要感谢JFraser Stoddart教授和他的研究小组，感谢他们在分子机器领域与我们长期友好的合作与支持。
特别要感谢我们小组的Paola Ceroni，以及Nicola Armaroli(ISOFCNR，Bologna)，Sebastiano Campagna(Università di Messina)，Fernando Pina(Universidade Nova de Lisboa)以及Franco Scandola(Università di Ferrara)，他们给本书提出了很多建议。感谢Filippo Marchioni为本书所做的插图，感谢Serena Silvi，Mara Monari为本书提供索引，感谢世界各地的同事，感谢科技期刊的编辑。
结束之前，我们希望本书所讨论的主题能够在今后取得更多的进步，让人类为和平做更多的贡献，并缩小贫富之间的差距。国外优秀化学著作译丛——分子器件与分子机器目录
第1章基本概念1
11分子水平的器件和机器1
12器件和机器的微型化2
13“化大为小”的方法2
14“积小为大” 的方法3
141“积小为大” 原子的堆积4
142“积小为大”分子的堆积5
15超分子（多组分）化学6
151大分子和超分子体系的比较8
152自组装和共价合成的设计9
153超分子化学，艺术和纳米技术9
参考文献12
第1部分用于处理电子和能量的器件17
第2章电子转移和能量传递的基本原理18
21概述18
22光诱导的电子转移和能量传递过程19
221电子转递19
2211电子因素20
2212核因素20
222能量传递21
2221库仑机理22
2222交换机理23
223桥基的作用25
参考文献26
第3章导线及相关体系29
31概述29
32导电率的测量29
33电极上的电子转移过程31
34光诱导的电子转移32
341含有金属络合物的共价连接体系32
342基于有机化合物的共价相连体系34
343含有卟啉的共价连接体系36
344DNA及相关体系39
35非均相的光致电子转移41
36能量传递42
361含有金属络合物的共价体系42
362基于有机化合物的共价体系45
363含有卟啉的共价体系48
364DNA及相关系统50
参考文献50
第4章分子开关中的电子转移和能量传递过程58
41概述58
42开关电子转移59
421光输入59
4211长寿命开关60
4212快速和超快速开关62
422氧化还原输入69
423酸碱输入69
424其他因素74
43开关能量传递74
431光输入74
432氧化还原输入77
433酸碱输入79
434其他因素80
参考文献82
第5章光收集天线87
51概述87
52天然天线系统88
53卟啉基阵列89
54多发色团的环糊精93
55树枝状分子93
551含金属络合物的树枝状分子94
5511金属络合物作为核的体系94
5512金属络合物作为分支中心的体系97
552基于有机发色团的树枝状分子98
553含卟啉的树枝状分子103
554主客体体系106
555光诱导电子转移109
56其他体系110
561聚合(高分子)电解质110
562聚合物111
563轮烷111
564沸石112
参考文献113
第6章光致电荷分离和太阳能转化120
61概述120
62自然界的反应中心121
621引言121
622细菌的光合作用121
623光合系统Ⅱ124
63人工反应中心125
631引言125
632二元体126
633三元体127
634四元体和五元体133
635天线反应中心体系136
6351基于卟啉的阵列136
6352双层膜140
6353自组装单分子层140
6354层状组装体和沸石140
636造氧体系141
64杂化体系144
641质子驱动的光转化144
642光驱动合成ATP145
65人工太阳能转化146
651光转化为燃料146
652光转化为电149
参考文献151
第2部分存储、逻辑门和相关体系159
第7章双稳态体系160
71概述160
72光致变色体系161
73主客体相互作用模型163
74荧光开关165
75手性光开关166
751空间位阻很大的烯烃168
752二噻吩乙烯168
76光化学生物分子开关169
77电致变色体系171
78氧化还原开关173
79其他系统174
参考文献174
第8章多态多功能体系180
81概述180
82双光致变色超分子体系180
83伴随其他刺激的光化学输入182
831三态体系：写—锁—读—解锁—擦除过程的循环182
832光化学电化学的联合刺激185
833光化学与（酸碱）联合刺激188
834分子转移寄存器191
84多电子氧化还原过程196
841具有相同氧化还原单体的体系197
842具有不同氧化还原单体的体系200
85电化学输入与化学输入的联合使用204
86多种化学输入206
参考文献206
第9章逻辑门212
91概述212
92逻辑门的基本概念212
93作为逻辑门的分子开关214
94基本逻辑门215
941YES门216
942NOT门216
943OR门217
944AND门218
945NOR门219
946NAND门219
947XOR门219
948XNOR门221
95组合逻辑222
951INH逻辑操作222
952ENOR逻辑操作223
953半加法器223
954三态、三输入、两输出的分子开关226
96神经中枢型体系227
961本征阈值机制控制下的XOR逻辑体系227
962感知器型电路229
97分子开关之间的信号交流230
98基于寡核苷酸的计算232
99分子基电路233
910结论235
参考文献235
第3部分分子机器241
第10章分子机器的基本原理242
101引言242
102分子机器的概念242
103能量供应244
1031化学能245
1032光能246
1033电化学能246
104其他要求247
1041运动的类型247
1042控制与监测247
1043复原247
1044时标247
1045功能248
参考文献248
第11章自发的类似机械的运动251
111概述251
112转子251
113钝齿轮252
114传动装置（齿链，gear）253
115叶轮254
116十字转门254
117闸255
118棘轮256
119陀螺烷与陀螺仪257
参考文献258
第12章与开、关及换位相关的运动261
121概述261
122变构运动261
1221变构酶261
1222人工变构体系262
123镊子和叉子264
1231镊子264
1232叉子及相关体系267
124主客体体系的可控组装与解离268
1241引言268
1242光诱导过程269
12421内包结物269
12422金属离子的释放272
1243氧化还原诱导的过程273
125蛋白质和DNA中的构象变化275
1251蛋白质折叠展开过程275
1252基于DNA的分子机器276
126分子锁278
127金属离子的移位279
1271氧化还原驱动过程279
1272酸碱驱动过程280
128离子通道281
1281自然界中的金属离子通道281
1282天然质子泵282
1283人造离子通道284
12831引言284
12832天然模板通道的修饰284
12833基于生物聚合物的离子通道285
12834合成的离子通道模型285
参考文献287
第13章旋转运动298
131概述298
132天然旋转发动机298
133杂化旋转马达300
134人造系统中的旋转运动301
1341化学驱动过程301
1342光化学驱动过程306
1343电化学驱动的过程309
1344其他效应311
参考文献311
第14章分子穿梭脱梭运动315
141概述315
142化学驱动317
1421基于金属配体键的体系317
1422基于氢键和静电作用的体系318
1423基于给体受体相互作用的系统321
143电化学驱动328
144光化学驱动333
145非均相系统338
参考文献341
第15章线性运动350
151概述350
152自然界的线性马达350
153轮烷的线性运动353
1531引言353
1532化学驱动的体系355
15321基于金属络合物的轮烷355
15322基于氢键和给体受体相互作用的轮烷356
15323基于葫芦脲的轮烷359
15324基于环糊精的轮烷362
1533电化学驱动的体系363
1534光化学驱动的体系366
1535展望372
15351三站点轮烷372
15352作为传输载体的轮烷372
154与表面和固载物连接的轮烷374
1541表面上固定的光转换轮烷374
1542轮烷基电子器件376
参考文献376
第16章索烃的运动382
161概述382
1611合成382
1612旋转过程383
1613功能化的索烃386
162化学驱动的运动389
163电化学驱动的运动393
164光化学驱动的运动399
165展望400
1651索烃中的单向环旋转400
1652轮索烃（rotacatenane）分子齿轮400
166与表面和固相载体相连接的索烃体系402
1661索烃的二维排列402
1662基于索烃的固态器件403
参考文献406
附录411
术语表411
缩略语424
主题索引428 --改为-> 目录
第1章基本概念1
1.1 分子水平的器件和机器
1.2 器件和机器的微型化
1.3 “化大为小”的方法
1.4 “积小为大” 的方法

1.5 超分子（多组分）化学

第1部分用于处理电子和能量的器件

第2章电子转移和能量传递的基本原理
2.1 概述
2.2 光诱导的电子转移和能量传递过程
2.2.1 电子转递
2.2.2 能量传递

第3章导线及相关体系
3.1 概述
3.2 导电率的测量
3.3 电极上的电子转移过程
3.4 光诱导的电子转移
3.4.1 含有金属络合物的共价连接体系
3.4.2 基于有机化合物的共价相连体系
3.4.3 含有卟啉的共价连接体系
3.4.4 DNA及相关体系
3.5 非均相的光致电子转移
3.6 能量传递

第4章分子开关中的电子转移和能量传递过程58
4.1 概述
4.2 开关电子转移
4.2.1 光输入
4.2.2 氧化还原输入69
4.2.3 酸-碱输入69
4.2.4 其他因素74

4.3 开关能量传递74
4.3.1 光输入74
4.3.2 氧化还原输入77
4.3.3 酸-碱输入79
4.3.4 其他因素80

第5章光收集天线87
5.1 概述87
5.2 天然天线系统88
5.3 卟啉基阵列89
5.4 多发色团的环糊精93
5.5 树枝状分子93
5.5.1 含金属络合物的树枝状分子94
5.5.2 基于有机发色团的树枝状分子98
5.5.3 含卟啉的树枝状分子103
5.5.4 主-客体体系106
5.5.5 光诱导电子转移109
5.6 其他体系110
5.6.1 聚合(高分子)电解质110
5.6.2 聚合物111
5.6.3 轮烷111
5.6.4 沸石112

第6章光致电荷分离和太阳能转化120
61 概述120
62 自然界的反应中心121
63人工反应中心125
6.3.1 引言125
6.3.2 二元体126
6.3.3 三元体127
6.3.4 四元体和五元体133
6.3.5 天线反应中心体系136
6.3.6 造氧体系141
6.4 杂化体系144
6.4.1 质子驱动的光转化144
6.4.2 光驱动合成ATP145
6.5 人工太阳能转化146
6.5.1 光转化为燃料146
6.5.2 光转化为电149

第2部分存储、逻辑门和相关体系159

第7章双稳态体系160
7.1 概述160
7.2 光致变色体系161
7.3 主-客体相互作用模型163
7.4 荧光开关165
7.5 手性光开关166
7.5.1 空间位阻很大的烯烃168
7.5.2 二噻吩乙烯168
7.6 光化学生物分子开关169
7.7 电致变色体系171
7.8 氧化还原开关173
7.9 其他系统174

第8章多态-多功能体系180
8.1 概述180
8.2 双光致变色超分子体系180
8.3 伴随其他刺激的光化学输入182
8.3.1 三态体系：写—锁—读—解锁—擦除过程的循环182
8.3.2 光化学-电化学的联合刺激185
8.3.3 光化学与（酸碱）联合刺激188
8.3.4 分子转移寄存器191
8.4 多电子氧化还原过程196
8.4.1 具有相同氧化还原单体的体系197
8.4.2 具有不同氧化还原单体的体系200
8.5 电化学输入与化学输入的联合使用204
8.6 多种化学输入206

第9章逻辑门212
9.1 概述212
9.2 逻辑门的基本概念212
9.3 作为逻辑门的分子开关214
9.4 基本逻辑门215
9.4.1 YES门216
9.4.2 NOT门216
9.4.3 OR门217
9.4.4 AND门218
9.4.5 NOR门219
9.4.6 NAND门219
9.4.7 XOR门219
9.4.8 XNOR门221
9.5 组合逻辑222
9.5.1 INH逻辑操作222
9.5.2 ENOR逻辑操作223
9.5.3 半加法器223
9.5.4 三态、三输入、两输出的分子开关226
9.6 神经中枢型体系227
9.7 分子开关之间的信号交流230
9.8 基于寡核苷酸的计算232
9.9 分子基电路233
9.10 结论235

第3部分分子机器

第10章分子机器的基本原理

10.1 引言242
10.2 分子机器的概念242
10.3 能量供应244
10.4 其他要求247
10.4.1 运动的类型247
10.4.2 控制与监测247
10.4.3 复原247
10.4.4 时标247
10.4.5 功能248

第11章自发的类似机械的运动251
11.1 概述251
11.2 转子251
11.3 钝齿轮252
11.4 传动装置（齿链，gear）253
11.5 叶轮254
11.6 十字转门254
11.7 闸255
11.8 棘轮256
11.9 陀螺烷与陀螺仪257

第12章与开、关及换位相关的运动261
12.1 概述261
12.2 变构运动261
12.3 镊子和叉子264
12.3.1 镊子264
12.3.2 叉子及相关体系267
12.4 主-客体体系的可控组装与解离268
12.5蛋白质和DNA中的构象变化275
12.5.1 蛋白质折叠展开过程275
12.5.2 基于DNA的分子机器276
12.6 分子锁278
12.7 金属离子的移位279
12.7.1 氧化还原驱动过程279
12.7.2 酸-碱驱动过程280
12.8 离子通道281
12.8.1 自然界中的金属离子通道281
12.8.2 天然质子泵282
12.8.3 人造离子通道284

第13章旋转运动
13.1 概述 298
13.2 天然旋转发动机298
13.3 杂化旋转马达300
13.4 人造系统中的旋转运动301
13.4.1 化学驱动过程301
13.4.2 光化学驱动过程306
13.4.3 电化学驱动的过程309
13.4.4 其他效应311

第14章分子穿梭-脱梭运动315
14.1 概述315
14.2 化学驱动317
14.2.1 基于金属-配体键的体系317
14.2.2 基于氢键和静电作用的体系318
14.2.3 基于给体-受体相互作用的系统321
14.3 电化学驱动328
14.4 光化学驱动333
14.5 非均相系统338

第15章线性运动350
15.1 概述350
15.2 自然界的线性马达350
15.3 轮烷的线性运动353
15.3.1 引言353
15.3.2 化学驱动的体系355
15.3.3 电化学驱动的体系363
15.3.4 光化学驱动的体系366
15.3.5 展望372
15.3.5.1 三站点轮烷372
15.3.5.2 作为传输载体的轮烷372
15.4 与表面和固载物连接的轮烷374
15.4.1 表面上固定的光转换轮烷374
15.4.2 轮烷基电子器件376

第16章索烃的运动382
16.1 概述382
16.1.1 合成382
16.1.2 旋转过程383
16.1.3 功能化的索烃386
16.2 化学驱动的运动389
16.3 电化学驱动的运动393
16.4 光化学驱动的运动399
16.5 展望400
16.5.1 索烃中的单向环旋转400
16.5.2 轮索烃（rotacatenane）分子齿轮400
16.6 与表面和固相载体相连接的索烃体系402
16.6.1 索烃的二维排列402
16.6.2 基于索烃的固态器件403
附录411
术语表411
缩略语424
主题索引428 全书内容丰富、通俗易懂，可以作为化学，化工，材料等专业本科生或研究生的教材，同时亦可作为相关专业科技人员的参考书。国外优秀化学著作译丛——分子器件与分子机器内容介绍:
本书是关于分子器件与分子机器领域的一本学术专著，由意大利著名学者VBalzani教授等人结合国际上最新的科研成果撰写而成。作者深入浅出地从一些基本概念和相关术语开始，贯穿一条通向纳米世界的捷径的主线，分别阐述了分子器件与机器所涉及的理论基础，分子设计与合成，以及其功能；所涉及的体系包括分子导线、分子开关、光收集天线系统、太阳能转换器件，存储器与逻辑门，以及分子马达等各种功能的分子机器；内容涵盖了化学、物理、生物、信息和纳米科学等领域，体现了学科的交叉与融合。
全书内容丰富、通俗易懂，可以作为化学，化工，材料等专业本科生或研究生的教材，同时亦可作为相关专业科技人员的参考书。
国外优秀化学著作译丛——分子器件与分子机器下载

国外优秀化学著作译丛——分子器件与分子机器 - V.巴尔扎尼

相关阅读:

用户菜单

标题搜索

日历

我的存档

数据统计

RSS订阅