配位超分子自组装
金属配位超分子
摘要：配位聚合物是通过过渡金属和有机配体的自组装而形成的,它结合了复合高分子和配位化合物两者的特点,表现出其独特的性质。双头或多头有机配体与金属离子以配位键方式形成一维、二维或三维结构的聚合物，三联体吡啶,多头基配体。
关键词：配位聚合物三联体吡啶多头基配体
前言：传统的高分子一般是在引发剂存在下，在一定温度和压力下通过聚合反应形成的，其聚合物骨架是由共价键连接的单体形成的。而超分子聚合物多为具有双官能团的单体在合适的溶剂中通过分子自组装自发形成的，不需要任何引发剂。由非共价键首尾连接的小分子单体构成了聚合物骨架。超分子聚合物骨架中非共价键的存在，使得这类分子的聚合与解聚可以非常容易地发生，这赋予了这类物质独特的机械、电子以及光学性质。
金属配位超分子聚合物一般由双头配体分子与金属离子在溶液中自组装而成。当配位反应在溶液中发生时，一个金属离子一般能与来自两个配体分子的两个头基发生配位作用，每个配体分子剩余的头基能够与更多的金属离子发生类似的反应，保证了链的增长。这种金属配位高分子的形成可用图1表示。
图1金属离子与双头配体形成1：1型金属配位超分子聚合物示意图金属配位超分子链的最终长度取决于体系的化学组成，浓度和平衡常数。当金属离子和双头配体的摩尔比为1：l时，体系能够形成具有链状结构的高分子，而且浓度越高，平衡常数越大，聚合度越高。与氢键诱导的高分子体系类似，当配体分子含有多个头基的时候，体系容易形成具有交联结构的网络状聚合物。
1、研究现状
目前已报道的金属配位超分子体系主要有Schubert等报道的双三联吡啶头基配体(图2，化合物1)与Fe2+，Ru3+，Ni2+，C02+等的l：1复合体系[1-2]，Rowan
等合成的2，6-苯并咪唑-4-羟基吡啶的双头基配体(图2，化合物2—4)与zn2+的1：l复合体系[3],Vermondend等合成的白屈草酸头基的双头配体(图2，化合物5)与
zn2+，Nd3+，La3+等的复合体系[4]。其中前两类体系多在极性有机溶剂中形成金属配位高分子，而后者是第一例在水溶液中形成的金属配位超分子聚合物。这得益于金属离子与配体之间的高配位平衡常数。其中，当金属离子为zn2+时，体系在1：1摩尔比时形成低聚合度的环状和高聚合度的链状的高分子结构，其环与链状结构的比例具有浓度依赖性。浓度越高，链状结构越占主导地位。而当使用Nd3+，La3+等离子时，由于金属离子的半径增大，其空的f轨道也能够容纳来自配体的孤对电子，体系在配体与金属离子的摩尔比为3：2时形成交联的网络状高分子。这时，金属离子表现为交联中心。这类基于金属配位超分子聚合物一般具有荧光、紫外等光谱响应性。所以，根据选用的金属离子的不同，可以制备覆盖在整个紫外一可见光区域的具有光谱吸收或荧光发射性质的高分子材料；同时因为金属离子的存在，这类超分子聚合物还具有电学、磁学响应性。
图2几种双头配体结构简式
1.1具有导电与催化性能的配位超分子聚合物
Yawei Liang[5]采用具有柔性链的白屈草酸头基的双头配体与FeCl3合成了具有导
电和催化双重性质的水溶性超分子聚合物Fe(III)-L2E04。
1.2具有新颖结构的配位超分子
Anthony Schultz,李小鹏[6]等人利用4,5-dibromo-1,2-bis-carbomethoxybenzene、
2,3，2、,3、-tetrabromo-1,1、-bis-hexoxybenzene、1,2,3,4-tetrabromo-5,6-bis-hexoxybenzene 分别和过量的4′-(4-boronatophenyl)-2,2′:6′,2″-terpyridine在体积比水：甲苯：叔丁醇=3:3:1的条件下反应48小时后得到的配体L3、L5、L7。二聚体6通过双三联吡啶配体L3和RuCl 2 (DMSO) 4在一定配比条件下，于CHCl 3 :MeOH=1:1的混合溶剂中回流得到。二聚体6、L5 和Zn(BF4) 在2:1:4的比例下生成蝴蝶结形状的超分子10，二聚体6、L7 和Zn(BF4) 在2:1:4的比例下生成蝴蝶形状的超分子12。
Jin-Liang Wang, Xiaopeng Li[7]利用平面芳香环多齿配体T3、T6和Zn(NO3) 26H2O 在精确的1:6:12的比例下得到轮轴形的[T61 -Zn12 -T36]
1.3二维的具有纳米孔径的六边花环形配位超分子
Ming Wang, Chao Wang, Xiaopeng Li[8]通过薗头耦合反应合成的含有三个三联吡啶配体LA和Zn(NO3)2·6H2O 在2:3的比例下于CHCl 3 /MeOH混合溶剂中在55°C的温度下反应12h,加入过量的NH4PF6盐得到含有九个配位点的
[Zn9LA6]，并采用同样的方式利用含有四个三联吡啶配体LB合成了含有12个配位点[Zn12LB6]。其中[Zn9LA6]具有 5.5 nm的孔径、[Zn12LB6]具有 5.8 nm的孔径。
1.4三维的具有纳米孔洞配位超分子
Ming Wang, Chao Wang,Xiaopeng Li[9]等利用以下的三种三2,2:6′,2″-terpyridine配体LA、LB、LC。LA和Zn(NO3)2·6H2O 按照2:3的计算比例混合加入到MeOH /CHCl3的溶剂中在50°C 温度的条件下反应8 h，然后加入过量的NH4PF6产生白色的沉淀A。B、C的合成步骤同A。
2.结语
本文主要对金属配位超分子及它的研究进行了一些概述，配位聚合物是通过过渡金属和有机配体的自组装而形成的,它结合了复合高分子和配位化合物两者的特点,表现出其独特的性质。金属配位超分子聚合物一般具有荧光、紫外等光谱响应性以及电学、磁学响应性。环状配位超分子具有探测、対映体浓缩和催化等性质。笼状配位超分子可应用于光收集装置、光显示元件、分子开关和分子电池等性质。文中主要介绍了李小鹏博士近些年来的一些研究工作。通过对配体的设计我们可以得到环数更多，更多形状的金属环，同时以配体作为节点可以实现配位角度的多变,以三联吡啶作为角骨架单元可以在分子水平更加容易、精确的设计具有高效物理性质和新颖结构的材料。
参考文献
[1]Schmatloch S , Fernandez Gonzalez M , Schubert U.S . Macromol Rapid Commun , 2002, 23: 957
[2]Schubert, U.S.; Newkome, G.R.; Manners, I. Metal-Containing and
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[3]Beck J B , Ineman J M, Rowan SJ . Macromolecules , 2005, 38: 5060
[4]Vermondend T , Branowska D , Marcelis ATM, etal . Tetrahenron , 2003, 59: 5039
[5]Yawei Liang,Jing Zhao, RSC Advances, 2012, 2, 12732–12738
[6] Anthony Schultz, Xiaopeng Li, Balaka Barkakaty, Charles N. Moorefield, Chrys
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[7]Jin-Liang Wang, Xiaopeng Li,etal.J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 11450–11453
[8] Ming Wang, Xiaopeng Li.etal. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 6664?6671
[9]Ming Wang, Xiaopeng Li.etal. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 10499?10507
分子自组装原理及应用
分子自组装原理及应用 【摘要】：分子自组装在生物工程技术上的建模、分子器件、表面工程以及纳米科技领域已经有很广泛的应用。在未来的几十年中,分子自组装作为一种技术手段将会在新技术领域产生巨大的影响。在这篇文章里,我们介绍了分子自组装技术的定义、基本原理、分类、影响因素、表征手段等,并阐述了分子自组装技术目前的研究进展,展望了分子自组装技术的应用前景。 【关键词】分子自组装；自组装膜 1前言 分子自组装是分子与分子在一定条件下,依赖非共价键分子间作用力自发连接成结构稳定的分子聚集体的过程。通过分子自组装我们可以得到具有新奇的光、电、催化等功能和特性的自组装材料,特别是现在正在得到广泛关注的自组装膜材料在非线性光学器件、化学生物传感器、信息存储材料以及生物大分子合成方面都有广泛的应用前景,受到研究者广泛的重视和研究。 2分子自组装的原理及特点 分子自组装的原理是利用分子与分子或分子中某一片段与另一片段之间的分子识别,相互通过非共价作用形成具有特定排列顺序的分子聚合体。分子自发地通过无数非共价键的弱相互作用力的协同作用是发生自组装的关键。这里的“弱相互作用力”指的是氢键、范德华力、静电力、疏水作用力、ππ堆积作用、阳离子π吸附作用等。非共价键的弱相互作用力维持自组装体系的结构稳定性和完整性。并不是所有分子都能够发生自组装过程,它的产生需要两个条件:自组装的动力以及导向作用。自组装的动力指分子间的弱相互作用力的协同作用,它为分子自组装提供能量。自组装的导向作用指的是分子在空间的互补性,也就是说要使分子自组装发生就必须在空间的尺寸和方向上达到分子重排要求。 自组装膜的制备及应用是目前自组装领域研究的主要方向。自组装膜按其成膜机理分为自组装单层膜(Self- assembled monolayers , SAMs和逐层自组装膜(Layer -by – layer self-assembled membrane)。如图1所示,自组装膜的成膜机理是通过固液界面间的化学吸附,在基体上形成化学键连接的、取向排列的、紧密的二维有序单分子层,是纳米级的超薄膜。活性分子的头基与基体之间的化学反应使活性分子占据
超分子科学研究进展
摘要超分子化学是基于分子间的非共价键相互作用而形成的分子聚集体的化学，在与材料科学、生命科学、信息科学、纳米科学与技术等其它学科的交叉融合中，超分子化学已发展成了超分子科学，被认为是21世纪新概念和高技术的重要源头之一。本文介绍了近几年超分子科学研究中的热点和基本问题，愿为我国超分子科学的研究提供参考。 自然界亿万年的进化创造了生命体，而执行生命功能是生命体中的无数个超分子体系。对超分子的认识一直到20世纪中叶，特别是C. J. Pedersen、J. M. Lehn和D. G. Cram等人合成了大环分子(冠醚、穴状配体等)，这些大环化合物能基于非共价键作用选择性地结合某些离子和有机小分子，这一主客体的创新成果获得1987年诺贝尔化学奖。1978年法国科学家J. M. Lehn等超越主客体化学的研究范畴，首次提出了“超分子化学”这一概念，他指出：“基于共价键存在着分子化学领域，基于分子组装体和分子间键而存在着超分子化学”[1]。超分子化学是基于分子间的非共价键相互作用而形成的分子聚集体的化学，它主要研究分子之间的非共价键的弱相互作用，如氢键、配位键、亲水/疏水相互作用及它们之间的协同作用而生成的分子聚集体的组装、结构与功能。两个世纪以来，化学界创造了2 000万种分子，原则上都可在不同层次组装成海量的、取决于组装体结构具有特殊功能的超分子体系，由此可见，超分子化学开拓了创造新物质与新材料的崭新的无限的发展空间。事实上，自然存在着亿万个超分子体系居于生命体的核心位置，例如，在细胞内的生物化学过程都由特定超分子体系来执行，像DNA与RNA的合成、蛋白质的表达与分解、脂肪酸合成与分解、能量转换与力学运动体系等。因此超分子科学是研究生物功能、理解生命现象、探索生命起源的一个极其重要的研究领域。经过20多年的快速发展，在与材料科学、生命科学、信息科学、纳米科学与技术等其它学科的交叉融合中，超分子化学已发展成了超分子科学，被认为是21世纪新概念和高技术的重要源头之一[2，3]。 国际上超分子科学的研究开展得如火如荼，发达国家和地区，如欧盟、美国和日本等都投入了大量的人力和物力进行超分子科学方面的研究与开发。在国家自然科学基金委、科技部、教育部、中国科学院等相关部门的大力支持下，我国的科学工作者较早地开展了超分子科学研究，并做出了一大批有特色的工作。我们结合今年9月在长春举办的超分子国际香山科学会议及部分国内外同行的研究结果来介绍超分子科学研究的热点和基本问题，供国内同行参考。 1 层状超分子组装体 生物膜是细胞的关键组分，又是高效、神奇的超分子体系。它的模拟物就是层状组装体(包括单层膜、多层膜、复合膜等)。层状结构容易表征，是研究分子间作用力及组装方法最好的模型，又是走向实用化的器件原型，所以层状组装超薄膜的构筑与功能化一直是超分子科学研究的热点[2]。 1991年，G.Decher及其合作者报道了基于阴阳离子静电作用的聚电解质多层膜的制备，称为静电组装技术，拉开了层状组装薄膜研究的序幕[4]。静电组装技术被认为是一种构筑结构和功能可控的有机、无机和有机/无机复合薄膜的有效方法之一。在层状组装多层膜的构筑中，引入含有刚性介晶基团的双头离子能提高多层薄膜的稳定性和改善层间界面的有序度。基于静电组装技术，实现了包容卟啉、酞菁等有机分子，特殊的齐聚物、有机和无机微粒、生物大分子如蛋白质、酶、病毒以及树状分子等在内的物质的多功能较稳定复合薄膜的构筑。一种由金属烷氧基化合物来制备金属氧化物薄膜的组装技术，称为表面溶胶 凝胶技
超分子化学的应用及前景展望
浅谈超分子化学的应用及前景展望 超分子化学是基于冠醚与穴状配体等大环配体的发展以及分子自组装的研究和有机半导体、导体的研究进展而迅速发展起来的，它包括分子识别、分子自组装、超分子催化、超分子器件及超分子材料等方面。其中分子识别功能是其余超分子功能的基础。超分子学科的应用主要是围绕它的主要功能－识别、催化和传输来进行开发研究。 1987年，莱恩(Lehn J. M.)、克拉姆(Cram D. J.)和彼得森(Perterson C. J.)三位化学家以其对发展和应用具有特殊结构的高分子的巨大贡献而获得诺贝尔化学奖。莱恩在获奖演讲中，首次提出了“超分子化学”的概念。同时克拉姆创立和提出了主—客体化学理论，彼得森则发展和合成出大批具有分子识别能力的冠醚。至此，以“超分子化学”为名称的新的化学学科蓬勃地发展起来，并以其新奇的特性吸引了全世界化学家的关注和热衷。近年来Supramolecular Chemistry杂志的创立说明超分子化学作为化学学科的一个独立的分支，已经得到世界各国化学家的普遍认同。 目前超分子化学的理论和方法正发挥着越来越重要的作用，该学科的研究不仅与各化学分支相结合，又与物理学、信息学、材料科学和生命科学等紧密相关。在与其他学科的交叉融合中，超分子化学已发展成了超分子科学。超分子科学涉及的领域极其
广泛，它不仅包括了传统的化学(如有机化学、分析化学等)，而且还涉及材料科学、信息科学和生命科学等学科。由于超分子学科具有广阔的应用前景和重要的理论意义，超分子化学的研究近十多年来非常活跃。涉及的应用包括：在化学药物方面的研究与应用，在光化学上的应用，在压电化学传感器中的应用，识别作用（酶和受体选择性的根基）的应用，在有机半导体、导体和超导体以及富勒烯中的应用，作为分子器件方面的研究，在色谱和光谱上的应用，催化及模拟酶的分析应用，在分析化学上的应用等等。 超分子化学在药物开发中的应用研究是国际学术界和工业界共同关注的一个热点。药物分子和其它有机分子通过氢键作用结合在一起形成的药物超分子化合物,可有效改善药物的溶解度、生物利用度等性质,成为药物制剂的一个新选择。超分子药物化学是超分子化学在药学领域的新发展。该领域发展迅速，是一个新兴的交叉学科领域，正在逐渐变成一个相对独立的研究领域。迄今已有许多超分子化学药物应用于临床，其效果良好。更多的超分子体系正在作为候选药物进行临床研究开发。超分子化学药物因具有良好的稳定性、安全性、低毒性、不良反应少、高生物利用度、消除药物异味、克服多药耐药、药物靶向性强、多药耐药性小、生物相容性好、高疗效以及开发成本低、周期短、成功可能性大等诸多优点而备受关注，在抗肿瘤、抗炎镇痛、抗疟、抗菌、抗真菌、抗结核、抗病毒、抗癫痫、作为心血管和磁共振
咪唑衍生物与金属离子超分子自组装形成配位聚合物凝胶.
咪唑衍生物与金属离子超分子自组装形成配位聚合物凝胶 游劲松 四川大学化学学院 成都 610064 在有机配体中引入金属离子，通过金属－配位作用促进分子凝胶化，可以使得到的凝胶具有单纯有机凝胶因子所没有的独特物理化学性质，因而最近几年有关这方面的研究引起了人们的关注。然而，尽管配位聚合物－桥联有机配体链接的无限拓展的配位键网络在晶态材料的构筑中已取得突飞猛进的发展，但直接利用配位聚合物的概念来设计凝胶因子却极少有人涉足，并且其形成机制仍难以琢磨。在有限的几例有关配位聚合物凝胶的报道中，所选用的有机配体仍然摆脱不了辅助基团，例如：长链烷基、醚链、芳基、甾体等，依靠其提供的额外非共价键作用（氢键、π-π堆积、范得华力等）来促成凝胶化。这些辅助基团的引入，极大地限制了配位聚合物凝胶的发展。那么配位聚合物凝胶可不可以像晶体材料一样，使用简单的配体呢？换句话说，在没有辅助基团存在的情况下，是否可以使配位聚合物停留在凝胶状态呢？这是一个非常有趣的问题，解决它将会是一项非常有意义的工作。我们设计合成了一系列咪唑配体，发现它们可与具有适当配位构型的过渡金属离子形成具有微观形态和功能各异的配位聚合物凝胶，获得了一些晶态和凝胶态材料的生成规律。 N N N N N N HO N N O O O O O O O O O N N N N N N N N NaO 3SO N N N N O O O O N N O N N n N N N N N N N N N N N NH N 探索由简单配体构筑配位聚合物凝胶体系，对功能性软材料的开发以及晶体工程学都有重要意义：一方面，可以极大的拓宽配位聚合物凝胶的结构类型，探究结构与性能的关系；另一方面，可以通过认识和总结晶态和凝胶态材料生成规律，从而为最终形成指导定向合成配位聚合物功能材料的规律提供理论依据。 参考文献 1. Zhang, S.; Yang, S.; Lan, J.; Tang, Y .; Xue, Y .; You, J. J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 1689-1691. 2. Zhang, S.; Yang, S.; Lan, J.; Yang, S.; You, J. Chem. Commun. 2008, 6170-6172. 3. Zhang, S.; Lan, J.; Mao, Z.; Xie, R.; You, J. Crystal Growth & Design , 2008, 8, 3134-3136.
分子自组装原理及应用(精)
分子自组装原理及应用 毛薇莉无机专业MG0424012 【摘要】分子自组装在生物工程技术上的建模、分子器件、表面工程以及纳米科技领域已经有很广泛的应用。在未来的几十年中,分子自组装作为一种技术手段将会在新技术领域产生巨大的影响。在这篇文章里,我们介绍了分子自组装技术的定义、基本原理、分类、影响因素、表征手段等,并阐述了分子自组装技术目前的研究进展,展望了分子自组装技术的应用前景。 【关键词】分子自组装;自组装膜 1前言 分子自组装是分子与分子在一定条件下,依赖非共价键分子间作用力自发连接成结构稳定的分子聚集体的过程[1]。通过分子自组装我们可以得到具有新奇的光、电、催化等功能和特性的自组装材料,特别是现在正在得到广泛关注的自组装膜材料在非线性光学器件、化学生物传感器、信息存储材料以及生物大分子合成方面都有广泛的应用前景,受到研究者广泛的重视和研究。 2分子自组装的原理及特点 分子自组装的原理是利用分子与分子或分子中某一片段与另一片段之间的分子识别,相互通过非共价作用形成具有特定排列顺序的分子聚合体[2]。分子自发地通过无数非共价键的弱相互作用力的协同作用是发生自组装的关键。这里的“弱相互作用力”指的是氢键、范德华力、静电力、疏水作用力、ππ堆积作用、阳离子π吸附作用等。非共价键的弱相互作用力维持自组装体系的结构稳定性和完整性[3]。并不是所有分子都能够发生自组装过程,它的产生需要两个条件[4]:自组装的动力以及导向作用。自组装的动力指分子间的弱相互作用力的协同作用,它为分子自组装提供能量。自组装的导向作用指的是分子在空间的互补性,也就是说要使分子自组装发生就必须在空间的尺寸和方向上达到分子重排要求。 自组装膜的制备及应用是目前自组装领域研究的主要方向。自组装膜按其成膜机理分为自组装单层膜(Self- assembled monolayers , SAMs和逐层自组装膜(Layer -by – layer self-assembled membrane)。如图1所示,自组装膜的成膜机理是通过固液界面间的化学吸附,在基体上形成化学键连接的、取向排列的、紧密的二维有序单分子层,是纳米级的超薄膜。活性分子的头基与基体之间的化学反应使活性分子占据基体表面上每个可以键接的位置,并通过分子间力使吸附分子紧密排列。如果活性分子的尾基也具有某种反应活性,则又可继续与别的物质反应,形成多层膜,即化学吸附多层膜。自组装成膜较另外一种成膜技术ＬａｎｇｍｕｉｒＢｌｏｄｇｅｔｔ(ＬＢ)成膜具有操作简单,膜的热力学性质好,膜稳定的特点,因而它更是一种具有广阔应用前景的成膜技术。另外,根据膜层与层之间的作用方式不同,自组装多层膜又可分为两大类,除了前面所述基于化学吸附的自组装膜外,还包括交替沉积的自组装膜。通过化学吸附自组装膜技术制得的单层膜有序度高,化学稳定性也较好。而交替沉积自组装膜主要指的是带相反电荷基团的聚电解质之间层与层组装而构筑起来的膜,这种 膜能把膜控制在分子级水平,是一种构筑复合有机超薄膜的有效方法。
超分子聚合物_自组装的高分子
第24卷 第5期大学化学2009年10月 今日化学 超分子聚合物:自组装的高分子 阎云 (北京大学化学与分子工程学院 北京100871) 摘要 简单介绍基于氢键、主客体化学、以及金属配位作用形成超分子聚合物的研究进展,着 重概述了金属配位超分子聚合物的形成、特点及其与异电荷物质的静电自组装。 最近10年,超分子聚合物作为一种通过非共价键形成的自组装的高分子在高分子和小分子自组装领域备受瞩目。顾名思义,这类分子具有超分子和聚合物的双重特点。说它是超分子,是因为这类分子是由小分子单体通过氢键、主客体化学、配位键等非共价键连接而成的分子自组装结构;说它是高分子,是因为这样的自组装结构拥有数量众多的重复单元,就像由许多结构基元聚合而成的高分子一样。不同的是,传统的高分子一般是在引发剂存在下,在一定温度和压力下通过聚合反应形成的,其聚合物骨架是由共价键连接的单体形成的。而超分子聚合物多为具有双官能团的单体在合适的溶剂中通过分子自组装自发形成的,不需要任何引发剂。由非共价键首尾连接的小分子单体构成了聚合物骨架。超分子聚合物骨架中非共价键的存在,使得这类分子的聚合与解聚可以非常容易地发生,这赋予了这类物质独特的机械、电子以及光学性质。本文介绍氢键、主客体化学以及配位作用驱动的超分子聚合物的形成及特点,并着重介绍金属配位超分子聚合物,以及基于金属配位超分子聚合物的高级静电自组装。 1 氢键诱导的超分子聚合物———可自愈及修补的高分子 氢键诱导形成的超分子聚合物一般发生在两个能够形成多重氢键的分子体系。两个分子中至少有两对互为对方的质子给体和受体的官能团,每个官能团都能与对方分子的官能团形成多重氢键。超分子化学的开创者Lehn及其合作者[1]利用氢键形成的榫卯结构在具有双官能团的ADA2ADA型质子给体与DAD2DAD型质子受体的1:1混合体系中通过自组装形成6氢键连接的单体(A:Accep t or,质子受体;D:Doner,质子给体)(如图1A所示);这样的单体通过位于尾端的给2受体进一步进行自组装,最终形成高分子结构。其结构可用图1B表示。 可以想象,如果分子中含有多个ADA或DAD基团,就可以形成交联的网络状高分子。 此外,通过首尾交互形成的多重氢键也可以形成高分子状结构。Meijer等人[2]使用ADAD2DADA型单体四重氢键的协同与定向效应制备了聚合度很高的螺旋状超分子聚合物(图2)。当一个单体中含有3个这样的四重氢键结合单元时,形成的交联结构的超分子聚合物具有热塑性弹性体的性质,在90℃解体并熔化[3](图3),因此,这类超分子聚合物具有温度修补性。 更多的实例可参见综述文章[4]。值得关注的是,虽然这类具有温度修补性能的超分子聚
分子自组装原理及应用
分子自组装原理及应用 分子自组装的原理及特点： 分子自组装的原理是利用分子与分子或分子中某一片段与另一片段之间的分子识别,相互通过非共价作用形成具有特定排列顺序的分子聚合体。分子自发地通过无数非共价键的弱相互作用力的协同作用是发生自组装的关键。这里的“弱相互作用力”指的是氢键、范德华力、静电力、疏水作用力、ππ堆积作用、阳离子π吸附作用等。非共价键的弱相互作用力维持自组装体系的结构稳定性和完整性。并不是所有分子都能够发生自组装过程,它的产生需要两个条件:自组装的动力以及导向作用。自组装的动力指分子间的弱相互作用力的协同作用,它为分子自组装提供能量。自组装的导向作用指的是分子在空间的互补性,也就是说要使分子自组装发生就必须在空间的尺寸和方向上达到分子重排要求。 自组装膜的制备及应用是目前自组装领域研究的主要方向。自组装膜按其成膜机理分为自组装单层膜(Self- assembled monolayers , SAMs和逐层自组装膜(Layer -by –layer self-assembled membrane)。如图1所示,自组装膜的成膜机理是通过固液界面间的化学吸附,在基体上形成化学键连接的、取向排列的、紧密的二维有序单分子层,是纳米级的超薄膜。活性分子的头基与基体之间的化学反应使活性分子占据基体表面上每个可以键接的位置,并通过分子间力使吸附分子紧密排列。如果活性分子的尾基也具有某种反应活性,则又可继续与别的物质反应,形成多层膜,即化学吸附多层膜。自组装成膜较另外一种成膜技术ＬａｎｇｍｕｉｒＢｌｏｄｇｅｔｔ(ＬＢ)成膜具有操作简单,膜的热力学性质好,膜稳定的特点,因而它更是一种具有广阔应用前景的成膜技术。另外,根据膜层与层之间的作用方式不同,自组装多层膜又可分为两大类,除了前面所述基于化学吸附的自组装膜外,还包括交替沉积的自组装膜。通过化学吸附自组装膜技术制得的单层膜有序度高,化学稳定性也较好。而交替沉积自组装膜主要指的是带相反电荷基团的聚电解质之间层与层组装而构筑起来的膜,这种膜能把膜控制在分子级水平,是一种构筑复合有机超薄膜的有效方法。 分子自组装体系形成的影响因素： 分子自组装是在热力学平衡条件下进行的分子重排过程,它的影响因素也多种多样,主要有以下三个影响因素: 1 分子识别对分子自组装的影响 分子识别可定义为某给定受体对作用物或者给体有选择地结合并产生某种特定功能的过程,包括分子间有几何尺寸、形状上的相互识别以及分子对氢键、ππ相互作用等非共价相互作用力的识别。利用分子彼此间的识别、结合特征,从中挖掘高效、高选择性的功能。若将具有识别部位的多个分子组合,彼此便寻找最安定、最接近的位置,并形成超过单个分子功能的高次结构的聚集体。在有机分子自组装过程中控制组装顺序的指令信息就包含于自组装分子之中,信息依靠分子识别进行。目前分子识别进一步应用于临床药物分析、模拟酶催化以及化学仿生传感器。为定性分离和设计提供更多的信息,也为加速分子发现提供潜能。 2 组分对分子自组装的影响 组分的结构和数目对自组装超分子聚集体的结构有很大的影响。吴凡等利用扫描轨道电镜观测了4 十六烷氧基苯甲酸(Ｔ1)和3,4,5 三取代十六烷氧基苯甲酸(Ｔ3)分子在石磨上形成的自组装体系的结构,结果发现这两种分子的自组装排列结构有着很大的不同:Ｔ1分子形成的是有序的明暗相间的条陇状结构,而Ｔ3分子形成的是密堆积结构。这说明组分结构的微小变化或组分的数目变化可能导致其参与形成的自组装体结构上的重大变化。 3 溶剂对分子自组装的影响 绝大多数对自组装体系的研究都是在溶液中进行的,因而溶剂对自组装体系的形成起着关键作用。溶剂的性质及结构上的不同都可能导致自组装体系结构发生重大改变。任何破坏非共价键的溶剂,都可能会影响到自组装过程的进行,包括溶剂的类型、密度、ｐＨ值以及浓
超分子自组装及其应用的研究进展
得分：_______ 南京林业大学 研究生课程论文2013 ～2014 学年第二学期 课程号：73421 课程名称：超分子化学 论文题目：超分子自组装及其应用的研究进展 学科专业：材料学 学号：3130161 姓名：王礼建 任课教师：李文卓 二○一四年六月
超分子自组装及其应用的研究进展 王礼建 （南京林业大学理学院，江苏南京210037） 摘要：分子自组装是近年来倍受重视的国际前沿课题，它将会极大促进信息、能源、生命、环境和材料科学等学科领域的发展，介绍了基于氢键、π键、配位键、双亲分子4种自组装体系，重点综述了这4种自组装体系在高分子合成领域中的最新进展，最后对超分子自组装的发展趋势做了展望。 关键字：超分子；自组装；应用；进展 Advances in supramolecular self-assembly and its applications WANG Li-jian (College of Science, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China) Abstract：Supramolecular self-assembly is a highly valued field in recent years, it will greatly promote the development of information, energy, life, environmental and materials science disciplines. This article describes four kinds of self-assembled system based on hydrogen bond, π bond, coordination bond and amphiphilic molecules. Mainly review its applications and research progress in the fields of supramolecular polymer synthesis. Finally make the prospects for its development. Key words: Supramolecular; self-assembly; application; Progress 1 超分子化学的概念 超分子化学简言之是研究各个分子间通过非共价键作用形成具有特定功能体系的科学。从而使化学从分子层次扩展到超分子层次。这种分子间相互作用形成的超分子组装体，带给人们许多认识上的飞跃，认识到分子已不再是保持物性的最小单位。也称为超分子化学(supermolecular chemistry)。超分子化学主要研究超分子体系中基元结构的设计和合成体系中弱相互作用。体系的分子识别和组装体系组装体的结构和功能以及超分子材料和器件等等。它是化学和多门学科的交叉领域。它不仅与物理学、材料科学、信息科学、环境科学等相互渗透形成了超分子科学，而更具有重要理论意义和潜在前景的是在生命科学中的研究和应用。例如生物体内小分子和大分子之间高度特异的识别在生命过程中的调控等。
自组装
自组装（self-assembly），是指基本结构单元(分子，纳米材料，微米或更大尺度的物质）自发形成有序结构的一种技术。在自组装的过程中，基本结构单元在基于非共价键的相互作用下自发的组织或聚集为一个稳定、具有一定规则几何外观的结构。自组装过程并不是大量原子、离子、分子之间弱作用力的简单叠加，而是若干个体之间同时自发的发生关联并集合在一起形成一个紧密而又有序的整体，是一种整体的复杂的协同作用。 自组装(self-assembly)为系统之构成元素(components；如分子)在不受人類外力之介入下，自行聚集、组织成规则结构的现象[1]，例如分子的结晶即是一种自组装现象。自组装程序的发生通常会将系统从一个无序(disordered)的狀态转化成一个有序(ordered)的狀态，其可以发生在不同的尺度，例如分子首先聚集成奈米尺寸的超分子单元(supramolecular unit；如界面活性剂分子自组装成微胞；如图一所示)，这些超分子单元间的作用力进而促使其在空间上做规则的排列(如微胞排列成体心立方之晶格)，而使系统具有一种阶级性结构(hierarchical structure)。自组装普遍存在於自然界中，如生物体的细胞即是由各种生物分子自组装而成；而运用各种分子之自组装亦是建构奈米材料非常重要的方法，这种所谓由下而上（bottom-up）的方法目前被广泛应用來制备具光、电、磁、感测、与催化功能的奈米材料 多分子自组装体化学 概述 分子聚集体化学是化学发展的新层次。分子聚集体化学以分子之间的弱相互作用及其协同效应为基础，自组装是创造具有新颖结构和功能的有序分子聚集体的重要手段。分子聚集体的化学为实现化学学科的知识创新提供了契机，同时它与物理、生物、材料等学科交叉融合，而成为产生新概念和高技术的重要源头之一。拟解决的关键科学问题：多层次、多组分的分子自组装及组装动态过程；分子间弱相互作用的加合性、协同性和方向性；分子聚集体中的电子转移、能量传递和化学转换。 研究内容 1、分子间相互作用的协同效应与自组装原理：通过多识别位点单体的组装，阐明分子间相互作用的加合性、协同性和方向性，建立二维及三维空间分层次组装的有效原理和方法。
超分子化学综述
导语：超分子化学是基于冠醚与穴状配体等大环配体的发展以及分子自组装的研究和有机半导体、导体的研究进展而迅速发展起来的，它包括分子识别、分子自组装、超分子催化、超分子器件及超分子材料等方面。其中分子识别功能是其余超分子功能的基础。超分子学科的应用主要是围绕它的主要功能－识别、催化和传输来进行开发研究。目前超分子化学的理论和方法正发挥着越来越重要的作用，该学科的研究不仅与各化学分支相结合，又与物理学、信息学、材料科学和生命科学等紧密相关。在与其他学科的交叉融合中，超分子化学已发展成了超分子科学。超分子科学涉及的领域极其广泛，它不仅包括了传统的化学(如有机化学、分析化学等)，而且还涉及材料科学、信息科学和生命科学等学科。由于超分子学科具有广阔的应用前景和重要的理论意义，超分子化学的研究近十多年来非常活跃。 发展：“超分子”一词早在20世纪30年代已经出现，但在科学界受到重视却是50年之后了。超分子化学可定义为“超出分子的化学”，是关于若干化学物种通过分子间相互作用结合在一起所构成的，具有较高复杂性和一定组织性的整体的化学。在这个整体中各组分还保持某些固有的物理和化学性质，同时又因彼此间的相互影响或扰动而表现出某些整体功能。超分子体系的微观单元是由若干乃至许许多多个不同化合物的分子或离子或其他可单独存在的具有一定化学性质的微粒聚集而成。聚集数可以确定或不确定，这与一分子中原子个数严格确定具有本质区别，把多个组分的基本微观单元聚集成“超分子”的凝聚力是一些(相对于共价键)较弱的作用力。如范氏力(含氢键)、亲水或憎水作用等。1967年，Charles Pedersen偶然发现了冠醚这种新型的大分子化合物，十几年后，一个崭新的化学领域——超分子化学终于诞生了。进入90年代后，Surpramolecular Chemistry杂志的创立说明超分子化学作为化学学科的一个独立的分支，像高分子化学一样，已经得到世界各国化学家的普遍认同。在国内，一些高校和科研机构已做了相当多的工作，说明超分子化学正在迅猛发展。 下面就超分子稳定形成的因素、分子识别和自组装及超分子化合物的分类进行简单阐述。 超分子稳定形成的因素超分子稳定形成的因素，可从能量降低因素、熵增加因素及锁和钥匙原理来分析，通过这些分析,可加深对超分子和超分子化学的理解和认识,这比将超分子中分子间的结合力简单归结为非共价键更为具体、明确。 分子识别和自组装在超分子化学研究中,两个最重要的科学问题是分子识别和分子自 组装、分子间多种弱相互作用的加合效应和协同作用。分子识别是由于不同分子间的一种
超分子自组装材料的多尺度模拟研究方法
超分子自组装材料的多尺度模拟研究方法 1.1引言 超分子化学是研究基于分子间非共价键相互作用而形成的具有一定结构和功能分子聚集体的化学，在与材料科学、生命科学、信息科学、纳米科学与技术等学科的交叉融合中，超分子化学已发展成超分子科学，是21世纪新概念和高技术的重要源头之一。相较于传统化学上所研究的共价键，超分子化学的研究对象是一些较弱且具有可恢复性的分子间相互作用，如氢键、金属配位、xπ堆积、疏水效应等，这些分子间弱相互作用是促进分子识别的关键，对超分子体系的分子识别和组装有着重要意义12。 超分子材料的性能取决于基本构筑单元的分子结构，在更大程度上依赖于这些构筑单元经过自组装得到的介观尺度聚集体的结构与相态，而自组装过程又是影响超分子聚集体结构及其功能的关键因素。超分子自组装过程的影响因素极其复杂，与传统凝聚态物质相比，超分子体系具有更高的流动性及环境依赖性，而正是体系热涨落及外部环境的约束性共同导致超分子体系的新行为，主宰体系演化的机制己从凝聚态物理传统的相互作用能量机制转变为动力学和熵效应的共同作用。外部影响因素或者体系自身的耗散作用能够驱动超分子体系自组装形成各种丰富的结构，从而具有不同的功能及应用范围。
超分子体系自身结构的特点使得体系演化速度慢、松弛时间谱分布宽4.例如，单链聚合物的空间尺度从化学键键长（100m）延伸到链旋转半径（103m），而相应的时间尺度从化学键的振动（10-15可延伸到整条聚合物链的松弛和扩散（105s）。如果考虑聚合物链之间的缠结效应，聚合物链的松弛时间会更长阿。超分子自组装过程也涵盖非常大的空间和时间尺度：超分子材料的形成需要从基本构筑单元的分子尺寸（10°m）过渡到典型有序功能结构的尺寸（10m），此外有序功能结构转变动力学往往发生在微秒或更长的时间尺度上10l对于超分子材料体系而言，由于实验手段的一些限制，许多情况下很难获得这些复杂分子结构在多个尺度上的结构及动力学性质。虽然计算机硬件和算法在近些年得到快速发展，计算机模拟已经成为在各个层面研究超分子自组装材料体系不可或缺的组成部分，但到目前为止还没有一种模拟方法能够同时描述超分子组装体系微观结构、介观组装形貌及宏观材料功能等多个尺度上的性质。因此建立有效的多尺度模拟方法，增强不同尺度模拟方法之间的衔接和信息传递是一项十分紧迫的任务，这也是发展多尺度模拟方法的核心目标。由于缺少单一的模拟方法应用于超分子材料体系的多尺度分析，因此发展多尺度模拟方法的主要任务是把不同尺度上的模拟方法进行完善，同时发展对这些单一尺度模拟方法进行有效连接的手段传统意义上的计算机模拟方法是 随着计算机的发明一起发展起来的。根据研究体系运动的确定性与否分为分子动力学方法21和蒙特卡罗方法1两大类。分子动力学方法是建立在经典力学基础之上，通过求解粒子的运动方程来模拟体系随
超分子化学
超分子化学 一．概念 1894年，德国E. Fischer基于“分子间选择性作用”的思想提出了“锁－钥匙”模型，这一思想已形成了现代超分子科学理论的雏形。上世纪三十年代，胶体化学的一个鼎盛时期，德国K. L. Wolf等创造了“超分子”一词，用来描述分子缔合而形成的有序体系。1978年，法国J. M. Lehn(诺贝尔化学奖获得者)基于传统的植根于有机化学中的主客体系研究,提出了“超分子化学”的完整概念，他指出：“基于共价键存在着分子化学领域，基于分子组装体和分子间键而存在着超分子化学”。# 超分子至少有两个组分，Lehn借用生物学中已有的概念，分别称为底物和受体。他对受体的设计进行了综合，最重要的是提出在设计受体时考虑到其结构的刚性与柔性的结合。典型示范加上他所提出的分子识别(molecular recognition)概念（也是从生物学中“借”来的），从而给超分子的形成过程赋予智能化反应的特点。虽然, Lehn对自己所提出的分子识别、化学信息学和化学反应智能化等的理论工作并未进一步深化,但人们对分子识别概念的应用，特别是在分子器件和分子自组装作用的研究方面已取得了很大的成绩。分子识别是自然界生物进行信息存贮、复制和传递的基础，例如基因、酶和生物膜的功能都是基于分子识别的原理得以实现的。以分子识别为基础，研究构筑具有特定生物学功能的超分子体系，对揭示生命现象和过程具有重要意义，并可能给化学研究带来新的突破；同样以分子识别为基础，设计、合成、组装具有新颖的光、电、磁性能的纳米级分子和超分子器件，将为材料科学提供理论指导和新的应用体系。 超分子化学可以定义为“分子之上的化学”，分子化学主要研究原子之间通过共价键（或离子键）形成的分子实体的结构与功能，而超分子化学则研究两个或多个分子通过分子间作用力结合而成的化学实体的结构与功能。由于分子间作用力作为化学实体（指有较固定的结构和性质）内的主要键合力的研究尚待深入，但是其意义与作用已提升到20世纪初期的化学键理论同样的高度，并将进一步促进有关超分子化学理论工作的开展。 二.现状 目前，超分子化学已远远超越了原来有机化学主客体体系的范畴，形成了自己独特的概念和体系：如分子识别、分子自组装、超分子器件、超分子材料等，构成了化学大家族中一个颇具魅力的新学科；同时，超分子的思想使得人们重新审视许多传统的但仍具很大挑战的已有学科分支，如配位化学、液晶化学、包合物化学等，并给它们带来了新的研究空间。超分子化学的重要特征之一是它处于化学、生物和物理学的交界处，从不同角度揭示分子组装的推动力及调控规律。对超分子化学的研究主要集中于：1.基础理论研究:主要是超分子结构及其谱学的研究,包括分子间弱相互作用与分子识别，超分子静态与动态结构，理论计算模拟，超分子的组装方法及自组装过程，超分子体系的谱学研究等；2.与物理以及材料科学的交叉: 通过组装形成的超分子化合物材料具有结构多样性，在催化、分子识别、化学吸附、分子磁体、非线性光学、药物合成等领域有着广阔的应用潜力，因此它的研究成为当前超分子化学研究的热点之一。超分子化学在纳米材料制备、纳米团簇的超分子化学组装、层状三维结构与器件、插层材料及功能化、表面图案与功能化，光电信息材料及器件等领域已取得重大进展；3.与化学及生物学的交叉: 超分子化学为化学学科提供了新颖的轮廓和观点，其基础概念已经贯穿了主要的化学领域，与无机化学、大环化学、配位化学、金属有机化学的结合呈现出强大的生命力;在分子识别与人工酶、酶的功能、短肽及环核酸的组装体及其功能等领域有着广阔的应用前景。 超分子化学是基于分子间相互作用和分子聚集体的化学，在与材料科学、生命科学等其它学科的交叉融合中，超分子化学已发展成超分子科学，被认为是21世纪新概念和高技术的重要源头。
看自组装原理
看自组装原理 《自然》杂志: 科学家发现普遍的自组装原理 邓邓州门户网04-22 自组装原理（英语：principles of universal self-assembly，或译自我组装原理），是用来形容一无序系统在没有外部的干预下，由个别部件间的互动，如吸引和排斥或自发生成化学键等，而组成一个有组织的结构的过程。近年来自组装原理特别吸引科技界注意，因它提供自下而上、可控制的方法组装原子或分子成较大的结构，从纳米结构到微型机器等。 自组装至少有三个特征使其成为一个独特的概念： 有序性：自组装结构必须比单独的组成部分有序性更高，无论是形状还是自组装实体进行的任何行为。相互作用：比如像凡德瓦力（Van der Waals）、毛细现象、π-π相互作用,、氢键（Hydrogen bond）等弱相互作用。它们决定了液体的物理性质、固体的可溶性、及生物膜的分子组装。组成结构：构建的基本单元不只包括原子、分子，还包括拥有不同化学构成、结构、功能的纳米级、微米级的结构。这些结构可以是通过传统化学反应形成，也可以是通过别的自组装而构成的。多年来，科学家们一直在寻找能够以相同方式构建细胞（复杂的生物）到晶体（更简单的无机材料）的自组装工作原理。现在，土耳其的一个科学家团队证明了在多种材料上起作用的通用自组装过程的基本原理，即从数个原子（大的量子点）到近100万亿个原子大的人体细胞。他们的研究成果在今天的《自然物理》杂志上。 研究人员说：“要启动自我组装，要么强迫系统交付特定结果，要么利用其内部动力来获得普遍结果。我们遵循了第二种方法。”研究人员不仅展示了大小结构和质量差异超过四个数量级的简单结构以及复杂结构的自组装。它们都遵循S 型曲线聚集在一起。奇怪的是，还观察到与S曲线的个体偏差遵循特雷西-维多姆分布的统计数据，该统计数据体现在多样的、社会的、经济的和物理的系统中。 看了文章 是用来形容一无序系统在没有外部的干预下，由个别部件间的互动，如吸引和排斥或自发生成化学键等，而组成一个有组织的结构的过程。是在变化的电磁力作用下工作的，电磁力分为引力和斥力，二者还是相互转换的。变化的电磁力使宇宙一切事件变化的力量。 所有的化学键、宇宙力都是变化的电磁力。
超分子聚合物的研究进展
超分子聚合物的研究进展 摘要：介绍了超分子聚合物领域的研究进展及其应用，阐述了其主要类别（如氢键超分子聚合物、配合物型超分子聚合物、π-π堆积超分子聚合物及离子效应超分子聚合物），最后讨论了超分子化合物研究过程中的表征方法。超分子聚合物的研究前景将朝着更大产率、更简便制备步骤及更新颖结构的方向发展。 The authors introduced the status quo in studies on supramolecular polymers and their applications, and expatiated main categories of the polymers, involving hydrogen bond supramolecular polymer, coordination complex supramolecular polymer, π-π stacking supramolecular polymer and ionic effect supramolecular polymer. The characterization methods adopted in the investigations of the supramolecular compounds were discussed. The high yield, simplified preparation process and novel structure are deemed as the major targets in the future research and development of the supramolecular polymers. 关键词：超分子超分子聚合物 一、超分子 “超分子”这一名词最早是在1937年WOLF公司第一次提出的，这一术语引起了社会极大的反响。而法国科学家LEHN 第一次系统性地研究并定义超分子，使他和PEDERSON C J ,CRAM D J一同分享了1987年的诺贝尔化学奖。超分子结构突破了传统性的共价键结合的一大壁垒，标志着化学分子史上的一大飞跃。此后，以非共价键为主的超分子聚合物成为了科学家研究的一大热点。 超分子化学这一概念, 他指出: “基于共价键存在着分子化 学领域, 基于分子组装体和分子间键而存在着超分子化学”。超分子化学是基于分子间的非共价键相互作用而形成的分子聚集体的化学, 换句话说分子间的相互作用是超分子化学的核心。在超分子化学中，不同类型的分子间相互作用时可以区分的，根据他们不同的强弱程度、取向以及对距离和角度的依赖程度，可以分为：金属离子的配位键、氢键、π-π堆积作用、静电作用和疏水作用等。它们的强度分布由π-π堆积作用及氢键的弱到中等，到金属离子配位键的强或非常强，这些作用力成为驱动超分子自组装的基本方法。人们可以根据超分子自组装原则，使用分子间的相互作用力作为工具，把具有特定的结构和功能的组分或建筑模块按照一定的方式组装成新的超分子化合物。这些新的化合物不仅仅能表现出单个分子所不具备的特有性质，还能大大增加化合物的种类和数目。如果人们能够很好的控制超分子自组装过程，就可以按照预期目标更简单、更可靠的得到具有特定结构和功能的化合物。 二、超分子聚合物
分子自组装基础
分子自组装的原理：是利用分子与分子或分子中某一片段与另一片段之间的分子识别,相互通过非共价作用形成具有特定排列顺序的分子聚合体。 分子自发地通过无数非共价键的弱相互作用力的协同作用是发生自组装的关键。 这里的“弱相互作用力”指的是氢键、范德华力、静电力、疏水作用力、ππ堆积作用、阳离子π吸附作用等 自组装的产生需要两个条件:自组装的动力以及导向作用。自组装的动力 指分子间的弱相互作用力的协同作用,它为分子自组装提供能量。自组装的导向作用指的是分子在空间的互补性,也就是说要使分子自组装发生就必须在空间的尺寸和方向上达到分子重排要求。 分子自组装是在热力学平衡条件下进行的分子重排过程,它的影响因素主要有 三种： 1.分子识别对分子自组装的影响:分子识别可定义为某给定受体对作用物 或者给体有选择地结合并产生某种特定功能的过程,包括分子间有几何 尺寸、形状上的相互识别以及分子对氢键、ππ相互作用等非共价相互 作用力的识别 2.组分对分子自组装的影响:组分结构的微小变化或组分的数目变化可能 导致其参与形成的自组装体结构上的重大变化 3.溶剂对分子自组装的影响: 溶剂的性质及结构上的不同都能导致自组装 体系结构发生重大改变。任何破坏非共价键的溶剂,都可能会影响到自组 装过程的进行,包括溶剂的类型、密度、ｐＨ值以及浓度 多肽自组装可以分为自发型自组装和触发型自组装： 1.触发型多肽自组装是指通过改变外界环境如温度、pH、离子浓度等引导的自 组装。这类自组装具有可逆性, 为多肽自组装技术的潜在应用提供了良好的可控性。多肽自组装主要包括温度敏感、pH 敏感、光敏感以及配体-受体敏感等类型的自组装. 2.自发型自组装是指多肽溶解在水溶液中后, 可以自发地形成组装体. 3.二者都是基于二级结构如α-螺旋(α-helix)、β-折叠(β-sheet)的形成或者其自 身分子结构的两亲性.
超分子分子自组装
超分子分子自组装 摘要简单介绍基于氢键、主客体化学、以及金属配位作用形成超分子聚合物 的研究进展，着重概述r金属配位超分子聚合物的形成、特点及其与异电荷物质的静电自纽装。 Yin Guanggen (Lightchemical engineer of Nanjing University of Technology P080418) Abstract: Brief based on hydrogen bonding, host-guest chemistry, and metal coordination supramolecular polymer formed by the research progress, focusing on an overview of r metal coordination supramolecular polymer formation, features and materials with different electrostatic charge from the New York installation. 最近10年，超分子聚合物作为一种通过非共价键形成的自组装的高分子在 高分子和小分子自组装领域备受瞩目。顾名思义，这类分子具有超分子和聚合 物的双重特点。说它是超分子，是因为这类分子是由小分子单体通过氢键、主 客体化学、配位键等非共价键连接而成的分子自组装结构；ig它是高分子，是 因为这样的自组装结构拥有数量众多的重复单元，就像由许多结构基元聚合而 成的高分子一样。不同的是，传统的高分子一般是在引发剂存在下，在一定温 度和压力下通过聚合反应形成的，其聚合物骨架是由共价键连接的单体形成的。而超分子聚合物多为具有双官能团的单体在合适的溶剂中通过分子自组装自发 形成的，不需要任何引发剂。由非共价键首尾连接的小分子单体构成了聚合物 骨架。超分子聚合物骨架中非共价键的存在，使得这类分子的聚合与解聚可以 非常容易地发生，这赋予了这类物质独特的机械、电子以及光学性质。本文介 绍氢键、主客体化学以及配位作用驱动的超分子聚合物的形成及特点，并着重 介绍金属配位超分子聚合物，以及基于金属配位超分子聚合物的高级静电自组 装 1氢键诱导的超分子聚合物——可自愈及修补的高分子 氢键诱导形成的超分子聚合物一般发生在两个能够形成多重氢键的分子体系。两个分子中至少有两对互为对方的质子给体和受体的官能团，每个官能团 都能与对方分子的官能团形成多重氢键。超分子化学的开创者Lehn及其合作者?利用氢键形成的榫卯结构在具有双官能团的ADA．ADA型质子给体与DAD—DAD型 质子受体的1 I 1混合体系中通过自组装形成6氢键连接的单体(A：Acceptor， 质子受体；D：Doner，质子给体)(如图lA所示)；这样的单体通过位于尾端的给-受体进一步进行自组装，最终形成高分子结构。其结构可用图1B表示。可以想象，如果分子中含有多个ADA或DAD基团，就可以形成交联的网络状高分子。此外，通过首尾交互形成的多重氢键也可以形成高分子状结构。Meijer等人[2o使用ADAD．DADA型单体四重氢键的协同与定向效应制备了聚合度很高的螺旋状超 分子聚合物 (图2)。当一个单体中含有3个这样的四重氢键结合单元时，形成的交联结构的超分子聚合物具有热塑性弹性体的性质，在90℃解体并熔化∞3(图