高分子自组装共34页34页PPT
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。
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二、缩合聚合反应
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定义：小分子间通过缩合反应的形式形成高 分子化合物的反应叫缩合聚合反应；简称缩 聚反应。（酯化、成肽…）。
nHOOC—COOH+nHOCH2CH2OH 催化剂 单体
HO OC—C—O—CH2CH2O n H 端基原子
端基原子团
链节
聚合度
+(2n-1)H2O
M聚合物= 单体的相对质量×n - (2n-1) ×18
缩聚反应类型
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1.一种单体缩聚
O
O
n HOCH-C-OH催化剂
CH3 2.二种单体缩聚
H—OCH-C—nOH CH3 +(n-1)H2O
nHOOC(CH2)4COOH+nHOCH2CH2OH
催化剂 HO—OC(CH2)4COOCH2CH2O—nH
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第一节 合成高分子化合 物的基本方法
（第二课时）
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已知：乙酸与乙醇酯化反应
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C2H5+H2O
对比书写乙二酸与乙二醇酯化反应
HOOC—COOH+HOCH2CH2OH→
HOOC—COOCH2CH2OH+H2O
问题：产物中有羧基与羟基，如果酯化反应 继续反应下去呢？
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自组装
嵌段高分子的合成方式
树枝状高分子基本单元可以构成球形 或圆柱形的嵌段分子
嵌段高分子立体图
树形嵌段高分子
树形嵌段高分子
1.超分子的定义
超分子是指由两种或两种以上分子依靠分子间相 互作用结合在一起组成的复杂的、有组织的实体， 保持一定的完整性，使它具有明确的微观结构和宏 观特性。（DNA） 基于共价键存在分子化学，基于分子有序体和分子 间价键而存在超分子化学 分子以上（层次）的化学 Chemistry beyond molecules
树枝型基本单元的形成原理两亲性嵌段高分子结构嵌段高分子的合成方式树枝状高分子基本单元可以构成球形或圆柱形的嵌段分子嵌段高分子立体图树形嵌段高分子树形嵌段高分子13超分子是指由两种或两种以上分子依靠分子间相互作用结合在一起组成的复杂的有组织的实体保持一定的完整性使它具有明确的微观结构和宏观特性
分子自组装
16
环糊精 (cyclodextrin)
hydrophobic hydrophilic
17
请各位评委老师多批评指正，让我在今后 的学习中学到更多。
王丽丝
123111008
目 录
1
嵌段共聚物高分子自组装
2
超分子自组装
2013-8-22
1.分子组装的定义
分子自组装（self-assembly）
Байду номын сангаас
是指基本结构单元自发形成有序结构。在自组 装过程中，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。
嵌段共聚物在溶液中的自组装
嵌段共聚物是由化学性质不同的嵌段通过化
学键连接而组成的大分子。不同嵌段之间在 化学上的不相容性会导致相分离的发生。但 由于各嵌段之间是以共价键相连接的，故这 种相分离只能发生在微观的链尺度上，即形 成微相分离(microphase separation)。
浅谈超分子自组装ppt课件
18
Gel 5 canbe regarded as a degradable material, because it changed into a sol by adding TEA,but was difficult to recover to its gel state by TFA addition, because once the mechanically interlocked structures (rotaxanes) in gel 5 were destroyed, rethreading could not be achieved in a short time.
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the four distinct stimuli can be used as effective inputs to adjust the reversible gel–sol transitions of the supramolecular gel. and reflecting the dynamic and reversible nature of the supramolecular gel system
❖ 疏水效应 溶液中疏水基团或油滴的相互聚集，将添加 ❖ 溶液中水分子间的氢键数量。
4
非共价键力属于弱相互作用，怎样自组装成稳定有序实体？
自组装发 生条件
分子自组装
例子：胸腺嘧啶修饰的金纳米粒子的自组装
Fig. Proposed mechanism for the aggregation of polymer 1-Thy-Au
共价键
离子键形成的薄膜易受到极性有机溶剂和离子强度强的盐溶液侵蚀， 因而在极性溶剂中稳定性差。相比之下，共价键因具有较强的键能， 因而通过共价键制备的薄膜稳定性较高。 例如，单壁碳纳米管在氧化硅凝胶表面进行的自组装。
电荷转移相互作用
通过分子间的较弱的电荷转移相互作用，亦可以使两种非离子体型 聚合物层层自组装为薄膜。制备的薄膜具有均匀的疏水官能团，从 而开拓了非水体系有机物的应用。
特异性识别
许多生物大分子的自组装是通过分子间的特异性识别所完成的。
Anzai等利用抗生素蛋白（Avidin）和生物素（Biotin）之间的特异
（3）组装层数
在纳滤膜自组装中，一般随着层数的增加截留率上升而通量下
降。这是由于在自组装过程中聚电解质逐渐沉积在基膜上使得基膜 孔径变小。而纳滤膜对无机盐的截留是由道南效应和孔径效应共同 决定的，故随着基膜孔径的变小截留率逐渐增大，同时对溶液的阻 力也加大故通量减小。
（4）支撑盐
聚电解质溶液中的离子强度和支撑盐种类对自组装的沉积过 程有重要影响。当聚电解质溶液中的支撑盐浓度较大时，聚电解 质上的高分子将产生收缩，尺寸减小。所以，可通过加入支撑盐 的浓度来改变聚电解质链的尺寸，进而改变自组装膜的厚度和表 面形貌, 最终决定自组装膜的性能。另外，最外层聚电解质溶液中 支撑盐浓度的不同也会对自组装产生影响。
关系, 而且膜厚在纳米范围可调, 这既利于膜性能的比较又有
望获取最佳分离性能的膜厚度。
分离方面的应用
生产及生活用水的软化
生物高分子的自组装及应用
生物高分子的自组装及应用生物高分子是由生物体内合成的高分子物质，如蛋白质、多糖、核酸、脂质等，具有天然的自组装能力。
这种自组装能力使得生物高分子成为一种优秀的智能材料，在纳米医学、能源、环境等领域的应用备受关注。
一、自组装原理生物高分子的自组装是基于非共价作用力的，包括范德华作用力、静电作用力、疏水作用力等。
这些作用力使分子间的相互作用随着分子的数量增加而不断增强，并最终导致宏观结构的形成。
例如，蛋白质是一种具有天然自组装能力的生物高分子。
蛋白质分子之间的非共价作用力包括氢键、离子键、范德华作用力、疏水作用力等，这些作用力能够促使蛋白质在水溶液中自组装成一系列的复杂结构，如球形、棒状、纤维状、膜状、孔隙状等。
二、自组装应用1. 纳米医学生物高分子的自组装能力使得其在纳米医学领域中的应用非常广泛。
例如，通过自组装形成的纳米粒子可以作为药物运载体，将药物精确地输送到肿瘤细胞等靶向部位；自组装的生物高分子纳米粒子也可以用于诊疗，如通过具有特定功能的分子修饰自组装纳米粒子，使其能够精确地检测肿瘤细胞等。
2. 能源生物高分子的自组装还可以在能源领域中发挥作用。
如一些多糖和核酸具有优异的生物可降解性和生物相容性，可以用于制备生物基可降解电池和生物基可降解太阳能电池等可再生能源。
3. 环境生物高分子的自组装还可以在环境领域中发挥关键作用。
例如，用于除去某些污染物，制备高效的环境净化器和吸附材料等。
三、自组装材料设计自组装材料的设计是生物高分子自组装应用研究的重要组成部分。
在设计中，应考虑以下几个因素：1. 分子结构的调控：通过调控生物高分子的结构，控制其自组装能力，达到期望的性能。
2. 功能修饰：通过在生物高分子上进行分子修饰，赋予其独特的性能，更好地满足特定应用需求。
3. 外部条件的调控：通过调控外部条件，如温度、pH值、离子浓度等，实现生物高分子自组装的动态调控。
四、自组装的挑战与展望生物高分子的自组装具有广泛的应用前景，但也面临着一些挑战。
高分子材料的可控组装与自组装
高分子材料的可控组装与自组装高分子材料作为一种重要的材料类别，具有丰富的结构和性能，广泛应用于各个领域。
然而，随着科学技术的不断发展，单纯的高分子材料已经无法满足人们对材料性能的要求。
为了提高材料的性能，人们开始研究和开发高分子材料的可控组装和自组装技术。
可控组装是指通过外界的控制手段，如温度、溶剂、电场等，使高分子材料按照一定的规则和结构有序地组装起来。
通过可控组装，可以调控高分子材料的形态、性能和功能。
例如，通过温度的调控，可以使高分子材料从溶液中形成具有一定结构的纤维或薄膜，从而改变材料的力学性能和光学性能。
通过溶剂的选择和控制，可以实现高分子材料的自组装，形成纳米结构或微结构，进一步改变材料的性质和功能。
自组装是指高分子链间的非共价相互作用力的驱动下，高分子材料按照一定的规则和结构自发形成有序的超分子结构。
自组装是一种自发性的过程，物质在自然界中广泛存在。
通过自组装，可以实现高分子材料的自修复、自清洁、自调控等功能。
例如，通过高分子链的疏水和亲水性，在溶液中形成结构稳定的胶束，可以应用于医药领域的药物传输和缓释。
通过高分子链的疏水和亲水性的转变，可以实现高分子材料的自响应和智能调控。
高分子材料的可控组装和自组装涉及到多个科学领域的交叉。
其中，化学和物理学是研究可控组装和自组装的核心学科。
化学提供了丰富的分子设计和合成方法，用于构建具有特定功能和结构的高分子材料。
物理学则通过对高分子材料的性质和结构的表征和研究，揭示材料组装和自组装的机制和规律。
此外，生物学、材料科学等领域的学科也为高分子材料的可控组装和自组装提供了新的思路和方法。
可控组装和自组装的研究不仅可以为高分子材料的性能和功能提供新的途径，也对材料科学的发展具有重要意义。
通过可控组装和自组装，可以实现高分子材料的多功能化和复合化，推动材料科学的发展和进步。
同时，可控组装和自组装的研究也为其他材料的设计和合成提供了新的思路和方法，具有广泛的应用前景。
高分子材料的自组装研究
高分子材料的自组装研究自组装是一种自发形成有序结构的过程，在高分子材料领域有着广泛的应用。
高分子材料的自组装研究致力于探索材料的组装行为、机制和应用潜力。
本文将介绍高分子材料的自组装研究的背景、原理、方法和应用等方面。
一、背景高分子材料由于其独特的物理和化学性质，在材料科学和工程中有着广泛的应用。
然而，高分子材料通常以无序状态存在，限制了其性能和应用。
为了解决这一问题，研究人员开始研究高分子材料的自组装现象。
二、原理高分子材料的自组装是指高分子链通过非共价相互作用（如疏水作用、范德华力等）自发地形成有序的结构。
自组装的原理基于分子之间的相互作用和熵的影响。
分子之间的相互作用使得高分子链倾向于互相靠近，而熵的影响使得高分子链具有多样性和自适应性。
三、方法高分子材料的自组装研究通常采用以下几种方法：1. 溶液法：将高分子材料溶解在适量的溶剂中，通过溶剂的挥发、稀释或加热使其发生自组装。
溶液中的溶质浓度、温度、pH值等条件可以影响自组装结构的形成。
2. 蒸发法：将高分子材料溶解在溶剂中，然后将溶液滴在基底上，通过溶剂的蒸发使得高分子链自组装形成薄膜或纳米颗粒。
3. 界面法：将高分子材料溶解在两种不相容的溶剂中，形成液液界面，利用界面张力使高分子链自组装成薄膜或纳米颗粒。
4. 亲水-疏水法：将高分子材料修饰成两性或具有亲水性和疏水性的分子，在特定条件下通过相互作用使其自组装成有序结构。
四、应用高分子材料的自组装研究在材料科学和纳米技术领域具有广泛的应用前景。
一些典型的应用包括：1. 纳米材料制备：通过高分子的自组装可以制备出具有特定结构和功能的纳米材料，如纳米颗粒、纳米薄膜等。
2. 智能材料：通过调控高分子的自组装行为，可以制备出具有智能响应性的材料，如形状记忆材料、可控释放系统等。
3. 超分子化学：高分子的自组装为超分子化学提供了重要的基础，开拓了新的化学合成方法和功能材料的设计。
4. 界面和涂层：高分子的自组装可以用于表面改性和涂层制备，提高材料的性能和稳定性。
化学中的超分子自组装
化学中的超分子自组装超分子自组装是化学领域中的一个重要概念。
它指的是由若干个分子通过非共价相互作用而形成的具有一定稳定性、大小可控的结构体系。
超分子自组装在生命科学、纳米材料、催化剂等领域都有着广泛应用。
下面将从超分子自组装的原理、应用以及研究进展三个方面对其进行探讨。
一、超分子自组装的原理超分子自组装是通过分子间的非共价相互作用来实现的。
例如，分子与分子之间的氢键、范德华力、离子对等作用可以促进分子之间的聚集，从而形成超分子结构。
在超分子自组装中，分子的性质、大小、形态和化学键等都可以影响组装结构的形成和性质。
此外，环境因素，如温度和溶液浓度等，也可以影响超分子自组装的过程和结构。
二、超分子自组装的应用超分子自组装在生命科学中有着广泛的应用，例如蛋白质结构的解析、药物传递、基因治疗等。
其中，核酸的自组装是一种重要的生物现象，已被广泛应用于基因工程和基因治疗领域中。
另外，超分子自组装还可以用于纳米材料的制备和催化剂的设计。
通过对分子的选择和组装方式的调整，可以创建具有特定形状和特定性质的分子集体，从而实现纳米制造的控制和催化剂的高效率。
三、超分子自组装的研究进展超分子自组装是一种非常活跃的研究领域。
目前，研究人员主要关注于超分子结构的形成机制及其影响因素。
例如，在超分子结构设计中，研究人员调整化学结构和配位体环境，进一步探索分子交互作用和性质对结构的影响。
此外，研究人员还致力于研究超分子自组装在化学反应中的应用，探索其在催化反应中的有效性和能量转化效率。
随着材料科学和生命科学等领域的不断发展，超分子自组装的研究也将越来越深入。
总之，超分子自组装是一个重要的化学概念，它的研究对于生命科学、纳米材料和催化剂等领域具有重要的意义。
通过对超分子自组装的研究和应用，可以进一步推进材料科学和化学的发展，为人类社会的发展做出更大的贡献。
高分子化学第五版第4章课件PPT.pptx
普通PS（均聚物） 性脆、抗冲击强度 低。实用意义不大。
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在St聚合体系中加入PB，使St在PB主链上接枝共聚合。
PS和PB不相容，St 和Bd链段分别聚集，产 生相分离，形成“海岛” 结构。PB相区可吸收冲 击能，提高了PS的冲击 强度，形成HIPS （High-Impact Polystyrene) 。
PVC机械性能好，但对光、热稳定性差，脆性大。 VC与VAc共聚：VAc 起着内增塑作用，改善流动性能，易加 工。含5%VAc 的硬共聚物可制造挤压管、薄板等；含20~ 40% VAc的软质共聚物可制造管材、手提包和地板砖等。 VC与偏氯乙烯共聚：具有耐油脂、抗氧和抗水蒸气性能，广 泛用于包装薄膜和涂料。
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第14页/共84页
将苯乙烯和丙烯腈加入到聚丁二烯乳液中进行接 枝共聚合，制得三元共聚物：ABS树脂（AcrylonitrileButadiene-Styrene Terpolymer）
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ABS是综合性能非常好 的工程塑料，其高强度是因 为SAN上的 C N 有很强极 性，会相互聚集将ABS分子 链紧密结合在一起。同时， 具有橡胶性能的PB使ABS具 有良好的韧性和耐寒性。 ABS广泛用于汽车、飞机零 件、机电外壳等。
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第13页/共84页
St与Bd进行自由基乳液共聚，可得无规共聚 物——丁苯橡胶 (Styrene-Butadiene Rubber, SBR), （合成橡胶的第一大品种）丁苯橡胶的抗张强度接 近于天然橡胶，耐候性能优于天然橡胶，广泛用于 制造轮胎、地板、鞋底、衣料织物和电绝缘体。
SBS是由St、Bd合成的三元嵌段共聚物，是一 种新型的热塑性弹性体，具有弹性高、抗张强度高、 不易变形、低温性能好，可制成电缆及非轮胎橡胶 制品。