基于氢键的超分子自组装研究进展

综述了氢键在寡聚酰胺体系、喹啉衍生物体系、吡啶酰胺体系、氨基苯甲酰胺体系、菲咯啉酰胺体系、芳香酰肼体系、吡嗪咪唑酰胺体系、尿基衍生物体系的自组装过程中所起的作用及氢键在分子自组装中的发展现状.氢键具有可逆性,基于氢键的超分子自组装体系具有组装的多样性和广泛性等特点,据此可以预测氢键对自组装体结构和性质的影响,为设计和合成出结构稳定、性能优异、可以自由调控的材料提供理论基础.     

柱芳烃单分子管人工通道构筑及其对手性氨基酸的选择性跨膜输送

该课题通过设计结构精确的分子单体,通过氢键、配位作用及疏溶剂作用和pi-pi堆积作用等为驱动力,构筑多层次的自组装体系,进而探索组装体的功能。2013年度,我们根据计划书要求开展工作,在以下几个方面取得重要进展:(1)设计了一类三角型平面分子,在其周围引入单N-苯基联二吡啶VB+,通过葫芦脲[8]对两个VB单元的强络合作用,在水相中实现了有序蜂窝型超分子有机框架(SOF)结构的自组装。(2)设计了两类刚性四面体分子,分别引入4个紫精和四硫富瓦烯片段,在把紫精还原或把四硫富瓦烯氧化为正离子自由基后,这两类正离子自由基在水相强烈堆积,从而诱导其形成三维网络超分子组装结构。(3)利用氢键控制芳香酰胺线性分子的构象,从而研究其结构-性质关系,并进而利用构象控制开展分子识别与自组装研究。1利用单分子力谱首次研究了驱动形成芳香酰胺螺旋孔状结构的氢键的强度及不同位置氢键强度的差异;2利用手性离子对识别,从并入氢键折叠片段的UPy四氢键组装单体构筑了一类交替堆积的手性超分子聚合物;3设计合成了两个大环分子,引入酰胺和1,2,3-三氮唑片段,通过对二酰胺和三碘客体分子的氢键和卤键结合,研究了分子间氢键和卤键的相对强度;4设计了新的双卟啉和三卟啉主体分子,通过分子内氢键诱导其形成刚性梳型构象,进而用于研究配位作用和堆积作用协同诱导的多组分超分子结构组装。(4)在配位自组装研究方面取得重要进展:1研究了含有氮杂环卡宾-金属键的金属有机大环分子的合成,发现氮杂环卡宾与11族金属(Cu,Ag,Au)可以形成较强的配位键,由此获得了中间桥连基团是不同长度、含有不同吡啶数目的系列金属有机大环分子;2对含有多配位位点的氮杂杯吡啶大环分子进行配位组装及金属簇可控合成的机理进行了深入研究。发现含有多个配位位点的氮杂杯吡啶大环分子可以结合多个金属离子,形成一个分立的组装结构,并且一种大环分子与某种特定金属形成的复合物结构具有很好的稳定性,金属与配体的比例较为固定。(5)利用柱芳烃为骨架,构筑了一类新的自组装单分子纳米管,通过引入由苯丙氨酸构成的肽链,延长了单管长度并引入手性,从而实现了对氨基酸跨膜输送的手性选择性。     

氢键稳定的含酰胺基的盘状液晶研究进展

氢键稳定的盘状液晶柱状相拥有高的有序性和电荷传输速率,其作为新型有机半导体材料具有广阔的应用前景.系统地综述了酰胺基形成的氢键在盘状液晶研究中的进展.氢键在液晶分子自组装的作用可分为结构封闭型和结构开放型两大体系.在开放型中的盘状液晶分子中心核可分为四大盘状液晶:以单一苯环为中心核的含酰胺键盘状液晶;以苯并菲为中心核的含酰胺键盘状液晶;六苯并蔻及其它芳核体系.对代表性化合物的分子设计及液晶性进行了介绍.     

[Cu2(bpa)2(phen)2(H2O)]2·H2O的合成和晶体结构

利用线形的芳香二羧酸与邻菲啉铜盐在水热的条件下合成一种新型的分子块化合物,这种分子块通过位于钝角位置的邻菲啉配体的芳香pp-识别作用自组装成第一例由菱形分子块的自组装形成二维多聚轮烷, 这种二维的层状结构通过邻菲啉配体的芳香pp-堆积作用形成具有独特拓扑结构的三维网络结构。     

三重氢键自组装体系的设计与应用

三重氢键超分子自组装体系具有较强的结合力、合成简单、结构易于修饰以及可预测的识别性能等优点,广泛应用于分子识别、催化、软物质材料、功能材料等领域。利用65篇文献综述了近年来三重氢键自组装体系的研究进展及其应用,重点介绍了各类三重氢键体系的设计思路及其稳定性影响因素。在此基础上,展望了未来三重氢键自组装体系的研究方向,主要包括设计合成能够在生理条件下稳定的三重氢键结合单元以及深化组装机理的研究。     

基于氢键的超分子自组装:缔合方式及稳定性

氢键是自然界中最基本的分子间弱相互作用力之一,其强度适中、具有方向性和饱和性,是构建超分子自组装体系的理想推动力.在65篇文献的基础上综述了基于氢键的超分子组装体系的缔合方式及其稳定性影响因素,为设计结构稳定、可自由调控的超分子自组装体系提供理论基础.     

负泊松比岩体颗粒流模型及模拟分析

为了从微观结构角度研究岩体特殊的负泊松比效应,基于颗粒流理论和颗粒流程序(PFC),提出采用颗粒流数值模拟方法。从已知具有负泊松比效应的无机晶体材料出发,研究其内部特殊的微观结构,进而建立符合岩体情况的颗粒流模型。利用所生成模型进行单轴压缩模拟试验,得出泊松比随应力的变化曲线。基于所建模型,对岩体在低荷载水平作用下的负泊松比现象机理进行分析。研究结果表明:当轴压为0~3 MPa时,岩体试样泊松比为负值,最小泊松比为-0.059。模拟结果与室内试验结果大致吻合,验证了该颗粒流模型用于研究岩体负泊松比现象的可靠性。     

实验及模拟研究两性疏水缔合聚合物增黏机理

两性疏水缔合水溶性聚合物具有良好的耐温、耐盐、耐剪切性能,在三次采油、酸化压裂等领域具有较大的应用潜力。室内合成了一种新型两性疏水缔合水溶性聚合物,分别研究了其水溶液在不同浓度、剪切和温度条件下的黏度变化情况。同时,利用耗散粒子动力学模拟(DPD)方法对其水溶液在不同浓度、剪切和温度条件下的水珠子扩散速率和疏水缔合聚合物的自组装结构进行了模拟研究。实验和模拟结果基本一致,利用耗散粒子动力学方法进一步证明了两性疏水缔合聚合物在水溶液的增黏机理和微观自组装结构。     

探究环状拓扑结构在聚合诱导自组装中的影响（英文）

近些年,聚合诱导自组装得到了广泛的关注,但使用环状聚合物作为聚合诱导自组装的大分子链转移剂的研究还尚未报道。为此,本文合成了环状和线形两种聚乙二醇大分子链转移剂,分别以甲基丙烯酸苄酯和2,3,4,5,6-五氟苯乙烯为单体进行可逆加成断裂链转移分散聚合,研究了拓扑结构对聚合动力学和嵌段聚合物组装体形貌转变的影响。研究发现,环状拓扑结构可以延长聚合诱导自组装过程的成核期,同时嵌段聚合物组装体的形貌转变也会被延迟,这可能是由于环状聚乙二醇具有更好的溶解性。     

复杂“星形”表面活性聚合物自组装行为的耗散粒子动力学模拟

表面活性聚合物因其改变溶液表面张力的功能,广泛应用于医疗以及化工领域.在溶液中表面活性聚合物自组装形成胶束形态决定溶液的流变性,影响自组装结构形成的因素是其研究的热点.采用耗散粒子动力学模拟方法,考察了多臂“星形”表面活性聚合物的自组装结构,通过改变表面活性聚合物链的亲疏水性,亲水基团和疏水基团的种类以及表面活性聚合物结构探索了各因素对“星形”表面活性聚合物自组装行为的影响.结果表明:“星形”表面活性聚合物能够自组装形成球形、层状、柱状/管状及囊泡胶束,溶剂条件、疏水链长度及亲疏水基团种类对胶束形态作用显著,囊泡变形规律受次级拓扑结构作用明显.     

含磷超支化聚酰胺的合成与表征

以三苯基氧化膦为原料,通过硝化反应、还原反应,合成B3型单体三（3一氨基苯基）氧化膦（TAPPO）．以己二酸为A2单体,利用A2＋B3溶液聚合的方法,制备具有超支化结构的聚酰胺．研究反应条件对聚合物特性黏度的影响;利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、核磁共振谱（NMR）对含磷超支化聚酰胺进行结构表征;利用差示扫描量热法（DSC）、热重分析（TGA）测定超支化聚酰胺的热性能．     

饱和卤代烃、不饱和卤代烃和芳香族卤代烃生物活性的分子拓扑研究

基于元素的Pauling电负性、原子成σ键的电子数,原子直接键连的氢原子数目和原子在形成离域π键时所提供的Pz电子数,定义了一种原子点价公式,构建了分子连接性指数.研究了饱和卤代烃、不饱和卤代烃和芳香族卤代烃对呆鲦鱼急性毒性、鲤鱼毒性、大型蚤毒性、鱼毒性、蝌蚪毒性、酵母菌毒性、呆头鱼毒性和大鼠毒性等十一项生物活性分别同饱和卤代烃、不饱和卤代烃和芳香族卤代烃分子连接性指数的相关性.结果表明:分子连接性指数具有良好的结构选择性和性质相关性,可用于预测其它饱和卤代烃、不饱和卤代烃和芳香族卤代烃的生物活性.     

氢键型层状有机超分子晶体C144H10O5

利用柔性配体（4,4’-二苯醚二甲酸,4,4’-oxydibenzoic acid,H20ba）与Zn（N03）2反应得到了一种新型有机晶体C144H10O5,通过元素分析、x-射线单晶衍射等技术测定了晶体结构,结果表明,配合物属单斜晶系,空间群P2,们n=5．7204（14）A,b=27．473（7）A,c=14．821（4）A,β =90°;z=8;R=0．0555。在有机晶体中,紧邻分子单元通过氢键作用在b轴形成一维链;链间籍氢键相互作用拓展为三维超分子网络。     

氯代苯生物活性的分子拓扑研究

基于元素的Pauling电负性、原子成σ键的电子数,原子直接键连的氢原子数目和原子在形成离域π键时所提供的Pz电子数,定义了一种原子点价公式,构建了分子连接性指数.研究了氯代苯对呆鲦鱼急性毒性、鲤鱼毒性、大型蚤毒性、鱼毒性、蝌蚪毒性、酵母菌毒性、呆头鱼毒性等生物活性同其分子连接性指数的相关性.结果表明:分子连接性指数具有良好的结构选择性和性质相关性,可用于预测氯代苯的生物活性.     

2-（间甲氧基）苯基咪唑二羧酸构筑的锌配位聚合物的制备及晶体结构

采用有机配体2-（3-甲氧基）苯基-4,5-咪唑二羧酸（H,MOPhIDC）和辅助配体邻菲啰啉（Phen）与Zn（Ⅱ）在水热条件下自组装,制得一维配位聚合物[Zn（HMOPhIDC）（Phen）]n．通过元素分析、红外光谱以及X射线单晶衍射对它的分子结构进行表征．结果表明：通过分子间氢键以及π-π堆积力的作用,形成了三维固态超分子结构．该配合物在362℃以下稳定．     

环糊精与PPG-b-PEG-b-PPG三嵌段共聚物包合物的机械化学法制备及表征

利用环糊精分子的结构特征,首次通过机械化学法制备了α-、β-环糊精与三嵌段PPG-b-PEG-b-PPG共聚物的超分子包合物,并对其结构进行了红外光谱及X-射线衍射表征.结果表明,利用机械化学法可以方便快捷地制备出环糊精与三嵌段共聚物的超分子组装体,组装过程中,环糊精通过疏水相互作用与共聚物链段包合、沿分子链滑移、分子间的氢键相互作用等形成了具有管道状多聚准轮烷结构的包合物.     

钾离子为底的对称四甲基六元瓜环分子碗

对称四甲基六元瓜环（TMe Q[6]）与钾离子（K＋）在稀盐酸水溶液中相互作用形成配合物,用单晶-X射线衍射仪测试其晶体结构。测试结果表明,配合物形成以TMe Q[6]为“碗体”,钾离子为“碗底”的“分子碗”结构,相邻配合物结构单元之间通过氢键或配位键连接形成一维超分子链。     

环己基全取代五元瓜环与铋离子配合物的合成及晶体结构

合成了环已基全取代五元瓜环(Cy5Q[5])与Bi(N03)3的配合物,通过单晶X-射线衍射方法进行了表征,该配合物形成了以Cy5Q[5]为"胶囊体"、氯离子为"胶囊"芯材、铋离子以及水分子为"胶囊盖"的"分子胶囊"结构,"分子胶囊"通过氢键作用交错地自组装形成超分子结构.     

三维超分子化合物[Mn（dpp）2（H2O）4]（ada）（H2O）的合成、晶体结构和热重分析

在水热条件下合成了结构新颖的三维超分子化合物[Mn(dpp)2(H2O)4](ada)(H2O)(dpp=1,3-Di(4-pyridyl)propane,Na2ada=anthraquinone-2,6-disulfonic acid disodium salt),通过元素分析、红外光谱、X射线单晶衍射仪、热重等方法对超分子化合物的结构和性质进行了表征和测定。测定结果显示配合物晶体属三斜晶系,P-1空间群,晶包参数a=0.9790(6)nm,b=0.9892(6)nm,c=1.2728(8)nm,α=90.150(11)°,β=112.106(10)°,γ=98.997(11)°。结构分析表明配合物晶体结构中存在丰富的氢键、边和面之间C—H…π键和芳香分子面面之间的π…π堆积作用,通过这些弱相互作用使其具有三维无限网络结构,氢键、C—H…π键和π…π堆积在超分子结构构筑中起了非常重要的作用。     

卤代芳烃生物活性的分子拓扑研究

基于元素的Pauling电负性、原子成σ键的电子数,原子直接键连的氢原子数目和原子在形成离域π键时所提供的Pz电子数,定义了一种原子点价公式,构建了分子连接性指数.研究了卤代芳烃对呆鲦鱼急性毒性、鲤鱼毒性、大型蚤毒性、鱼毒性、蝌蚪毒性、酵母菌毒性、呆头鱼毒性和大鼠毒性等八项生物活性分别同卤代芳烃分子连接性指数的相关性.结果表明:分子连接性指数具有良好的结构选择性和性质相关性,可用于预测其它卤代芳烃的生物活性.