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.     

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。     

分子自组装及超分子自组装体的研究进展

基于分子自组装的超分子科学是21世纪的新概念和高新技术的重要源头之一.简要介绍了超分子体系,阐述了分子自组装的基本概念和特点,系统地总结并评述了超分子自组装体的最新进展和成果,并展望了超分子自组装研究的发展前景.     

以氢键组装的铁(Ⅲ)、锌(Ⅱ)卟啉超分子构象

通过荧光光谱滴定，Uv-vis,^1H-HNR,IR等考察了5－对－（间羰基苯甲酸）－氨基苯基－10，15，20－三苯基卟啉锌（Ⅱ）配合物（Zn(m-CPTPP)，氯化铁（Ⅲ）（Fe(m-CPTPP)Cl)通过氢键的超分子自组装行为。Zn(m-CPTPP)与Fe(m-CPTPP)Cl通过氢键自组装成超分子。根据荧光光谱滴定数据计算了超分子的结合常数，Zn(m-CPTPP)/Fe(m-CPTPP)Cl体系组装的超分子具有较高的稳定性与其闭合型构象引起的卟啉环间的π-π堆积作用有关。     

卟啉自组装材料综述

自组装技术是实现功能化纳米材料的一种新方法,卟啉分子因其独特的共轭π体系和易修饰的外围结构,常常作为构成有机纳米材料的理想组装单元.这些卟啉分子借助分子间的氢键、π-π相互作用等多种弱相互作用,从而形成多种形貌的卟啉微纳米材料.本文就卟啉自组装纳米材料做一简单综述.     

氢键在双组分自组装体系中的调控效应

将三聚氰胺添加到3,3’,4,4’-联苯邻二甲酰亚胺(化合物1)的自组装体系中,实现了自组装结构从片状到块状的转变.通过场发射扫描电子显微镜、红外光谱、紫外吸收光谱、荧光光谱和X射线衍射等实验对自组装结构和形成机理进行了研究.化合物1的紫外可见吸收和发射光谱的强度随着三聚氰胺的添加逐渐减弱.化合物1分子间的氢键发生变化,同时在化合物1和三聚氰胺之间形成新的氢键.氢键在调控自组装过程中起着重要角色.     

几种新型超分子配合物的合成和表征

制备3种新型超分子配合物并运用常规方法进行表征,讨论配体的特征骨架、空间配位方式和氢键作用对超分子形成的影响.以实验证实,从分子设计,通过分子自组装,是合成具有超分子结构配合物的有效途径.同时培养出化合物的高质量单晶,解析了晶体结构,分析和探讨了超分子配合物的组成-结构-性质之间的关系.     

杯芳烃自组装的非共价键的协同作用

本文主要综述杯芳烃衍生物通过氢键、金属诱导配位、π-π作用、疏水作用等非共价键弱相互作用力在超分子化学的分子自组装的协同作用。     

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。     

共轭小分子凝胶剂的研究进展

通过小分子凝胶剂在有机溶剂中形成凝胶的方法可以得到一些纳米或微米级别的自组装结构.在形成凝胶的过程中,它们主要通过一些分子间非共价键作用力,如范德华力、氢键、π-π堆积等来进行自组装.而其中共轭小分子凝胶剂由于其独特的光电性能成为了目前超分子化学家的研究热点之一.文中报道了近些年来共轭小分子凝胶剂(主要包括寡聚苯撑乙烯类、稠环芳烃类等)的研究进展,介绍了这些共轭小分子凝胶剂在有机溶剂中形成凝胶所涉及的非共价键作用力、极限凝胶浓度、自组装形态等,并概括了它们的应用前景.最后总结和展望了共轭小分子凝胶剂体系的研究和发展方向.     

超分子8-羟基喹啉/3,5-二硝基水杨酸的合成、晶体结构及抑菌活性

以8-羟基喹啉和3,5-二硝基水杨酸合成了一种黄色的超分子化合物,用X-射线衍射法确定了其晶体结构,大量的分子内和分子间氢键使此超分子化合物结构得以稳定。抑菌活性测试发现此超分子化合物的抑菌活性明显高于8-羟基喹啉和3,5-二硝基水杨酸,其中对枯草芽孢杆菌的抑菌效果最好。     

Self-assembly of chiral amphiphiles with π-conjugated tectons

Self-assembly of chiral amphiphiles with π-conjugated tectons into one-dimensional helical nanostructures offers great potential applications in the biological,physical,and material sciences.In this review,the recent development of supramolecular self-assembly of chiral amphiphiles with π-conjugated tectons has been discussed on the basis of experimental exploration by elegantly utilizing cooperative noncovalent forces such as π-π stacking,hydrophobic interaction,hydrogen bond and electrostatic interaction,and the potential applications of these self-assembled helical nanostructures in chiral recognition,asymmetric catalysis,electrical conduction,switchable interfaces and soft template for the fabrication of one-dimensional hard materials are described by a representative example.Meanwhile,some scientific and technical challenges in the development of supramolecular self-assembly of chiral amphiphiles with π-conjugated tectons are also presented.It is hoped that this review can summarize the strategies for self-assembling soft nanomaterials by using chiral amphiphiles with π-conjugated tectons,and also as a guideline for design functional nanomaterials for various potential applications.     

HPAM/PVP超分子复合物的形成

:通过测定混合体系粘度、紫外、红外及DSC谱图 ,研究了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)与水解聚丙烯酰胺 (HPAM )之间的相互作用 .结果表明 ,PVP/HPAM混合体系的增比粘度比单一体系增比粘度的简单加和大得多 ,并且PVP的加入增大了HPAM的抗盐性 .光谱结果显示 ,在溶液中二者通过静电力可形成超分子复合物 .     

8-［4-吡啶］-1,3,5,7-四甲基-2,6-二溴氟硼二吡咯甲川的晶体生长、结构表征和光谱性质

利用溶液晶体生长法,将8-［4-吡啶］-1,3,5,7-四甲基-2,6-二溴氟硼二吡咯甲川(BDP-Br₂)溶于乙醇-水混合溶剂中,自然挥发,可获得BDP-Br₂单晶.X-射线晶体学分析表明,BDP-Br₂晶体属单斜晶系P2₁/c空间群,分子式为C₁₈H₁₆BF₂N₃Br₂,M_r=482.97.其晶体学参数如下:a=1.500 7(1)nm,b=1.129 5(1)nm,c=2.225 9(2)nm,β=90.949(8)°,Z=8,ρ_c=1.701 g·cm^-3,R=0.073,R_w=0.164,拟合优度(GOF)=1.010.在BDP-Br₂晶体结构中,每个BDP-Br₂染料分子通过分子间C-H…F氢键和C-H…π超分子作用,组成Z形分子链反向交替堆积的三维分子阵列结构.固相和溶液相的BDP-Br₂染料分子可分别于550和561 nm处观察到光致发光现象.     

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。     

一种有机八氰合钼(Ⅳ)酸盐的合成及晶体结构分析

[M(CN)8]n-(M=Mo,W,Nb;n=3,4)是一类重要的磁性材料构筑单元.化合物(C6H6N3)4[Mo(CN)8].H2O的晶体结构属于三斜晶系的P1-空间群,其不对称单元由1个[Mo(CN)8]4-,4个质子化的苯并三唑有机阳离子C6H6N3+和1个结晶水组成.[Mo(CN)8]4-离子中,Mo中心处于扭曲的反四棱柱配位环境.8个未配位的氰基氮原子作为氢键的受体,有机阳离子上质子化的氮原子和结晶水作为氢键的给体,形成了丰富的氢键作用,这些氢键作用连同部分有机阳离子间的π-π堆积、阴阳离子间的静电力和Van Der Waals力构筑成三维超分子网络.     

六元瓜环与D,L-色氨酸配合物的晶体结构分析

本文对制备得的六元瓜环(Q[6])与D,L-色氨酸(Try)包结配合物晶体进行了分析.结果表明,该晶体主客体间通过氢键作用、离子-偶极作用形成配合物,位于配合物间的水分子将其连接成超分子链,并呈有规律的层状排列,层与层之间分布着Try分子与大量的水分子.     

基于含氮羧酸配体碱土金属配合物的研究进展

基于配位作用以及配体之间的多种弱相互作用(如氢键、π-π堆垛作用等),金属离子与有机配体之间经自组装形成结构新颖、性能独特的金属—有机超分子配合物,本文主要介绍了配位化学和金属—有机超分子框架结构的基本原理及其研究方法。     

碱基与氨基酸二肽间的氢键相互作用

对于碱基-蛋白质之间的相互作用,氢键的形成及断裂起着重要的作用.选取7种氨基酸二肽和3种碱基,以它们之间形成单根氢键的体系为研究对象,在ab initioB3LYP/6-311++G(d,p)水平下进行结构优化,MP2/6-311++G(d,p)水平下进行能量的计算.同时应用ABEEMσπ/MM方法优化结构和计算能量.通过改变氢键相互作用区域的静电相互作用参数kH-bond和形成氢键的氢原子与其受体原子的孤对电子之间距离Rlp,H来拟合函数kH-bond(Rlp,H).用所得函数对选取的复合物进行结合能计算,其结果与ab initio方法所得的结果符合的很好.     

对聚氨酯中氢键强度分布的理论探讨

本文应用平衡热力学理论,时Coleman等人提出的氢键强度分布模型进行新的探讨。首次导出了能反映氢键强度分布的热力学方程.本文还进一步从导出的热力学方程出发,建立了计算氢键解离热焓和熵变化的公式.