1、淺談超分子自組裝淺談超分子自組裝1;目錄4.未來(lái)前景未來(lái)前景3.研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀5.參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1.簡(jiǎn)簡(jiǎn) 介介2.研究背景研究背景2;1.超分子自組裝簡(jiǎn)介超分子自組裝簡(jiǎn)介 超分子自組裝是分子與分子在一定條件下，依賴(lài)非共價(jià)鍵分子間作超分子自組裝是分子與分子在一定條件下，依賴(lài)非共價(jià)鍵分子間作用力自發(fā)連接成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的分子聚集體的過(guò)程，通過(guò)分子自組裝我用力自發(fā)連接成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的分子聚集體的過(guò)程，通過(guò)分子自組裝我們可以得到具有新奇的功能和特性的自組裝材料受到研究者廣泛的們可以得到具有新奇的功能和特性的自組裝材料受到研究者廣泛的重視和研究。重視和研究。3;組成超分子的分子間作用力的類(lèi)型組成超分子的分子間

2、作用力的類(lèi)型v 靜電作用靜電作用 如偶極子如偶極子偶極子之間作用。偶極子之間作用。v 氫鍵氫鍵 如如XH Y(X,Y = O, F, N,C, Cl)XH Y(X,Y = O, F, N,C, Cl)。v 芳香堆積作用芳香堆積作用v 疏水效應(yīng)疏水效應(yīng) 溶液中疏水基團(tuán)或油滴的相互聚集，將增加溶液中疏水基團(tuán)或油滴的相互聚集，將增加 溶液中水分子間的氫鍵數(shù)量。溶液中水分子間的氫鍵數(shù)量。4;非共價(jià)鍵力屬于弱相互作用，怎么自組裝成穩(wěn)定有序?qū)嶓w？非共價(jià)鍵力屬于弱相互作用，怎么自組裝成穩(wěn)定有序?qū)嶓w？自組裝動(dòng)力：分子間弱的相自組裝動(dòng)力：分子間弱的相互作用力的協(xié)同作用，為分互作用力的協(xié)同作用，為分子自組裝提供能

3、量。子自組裝提供能量。自組裝導(dǎo)向：分子在空間的自組裝導(dǎo)向：分子在空間的互補(bǔ)性，也就是說(shuō)要使分子互補(bǔ)性，也就是說(shuō)要使分子自組裝發(fā)生就必須在空間尺自組裝發(fā)生就必須在空間尺寸和方向上達(dá)到分子重排要寸和方向上達(dá)到分子重排要求。求。5;自組裝發(fā)自組裝發(fā)生條件生條件自組裝動(dòng)自組裝動(dòng)力力自組裝導(dǎo)自組裝導(dǎo)向向分子識(shí)別對(duì)超分子自組裝的影響分子識(shí)別對(duì)超分子自組裝的影響分子識(shí)別：指給定受體（主體）與底物（客體）選擇性結(jié)分子識(shí)別：指給定受體（主體）與底物（客體）選擇性結(jié) 合并產(chǎn)生某些特定功能的過(guò)程。合并產(chǎn)生某些特定功能的過(guò)程。Scheme 1 Cartoon representation of the formati

4、on of a linearsupramolecular polymer from the self-organization of monomer1Xuzhou Yan, Mi Zhou, Jianzhuang Chen. Chem. Commun., 2011, 47, 70867088.6;影響：利用分子彼此間的識(shí)別影響：利用分子彼此間的識(shí)別 、 結(jié)合特征結(jié)合特征 ，從中挖掘高，從中挖掘高 效效 、高選擇性的功能、高選擇性的功能 。 若將具有識(shí)別部位的多個(gè)若將具有識(shí)別部位的多個(gè) 分子組合，彼此便尋找最安定分子組合，彼此便尋找最安定 、 最接近的位置最接近的位置 , 并并 形成超過(guò)單個(gè)分子

5、功能的高次結(jié)構(gòu)的聚集體。形成超過(guò)單個(gè)分子功能的高次結(jié)構(gòu)的聚集體。7;2. 研究背景研究背景超分子自組裝利用非共價(jià)鍵之間的動(dòng)態(tài)可逆的過(guò)程，不僅表超分子自組裝利用非共價(jià)鍵之間的動(dòng)態(tài)可逆的過(guò)程，不僅表現(xiàn)出傳統(tǒng)聚合物的性質(zhì)，而且還具有新的結(jié)構(gòu)和功能，如可現(xiàn)出傳統(tǒng)聚合物的性質(zhì)，而且還具有新的結(jié)構(gòu)和功能，如可降解性，刺激性響應(yīng)和自愈性，使他們成為智能材料的出色降解性，刺激性響應(yīng)和自愈性，使他們成為智能材料的出色候選人，吸引了越來(lái)越多人們的關(guān)注。候選人，吸引了越來(lái)越多人們的關(guān)注。8;3.研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀1.1.冠醚及其衍生物冠醚及其衍生物2.2.環(huán)糊精環(huán)糊精3.3.杯芳烴杯芳烴根據(jù)主體不同分類(lèi)根據(jù)主體不同分

6、類(lèi)9;3.1 冠醚及其衍生物冠醚及其衍生物冠醚的分類(lèi)冠醚的分類(lèi)10;浙江大學(xué)黃飛鶴課題組研制成功了一種反應(yīng)靈敏度是原來(lái)四倍，具有良好彈浙江大學(xué)黃飛鶴課題組研制成功了一種反應(yīng)靈敏度是原來(lái)四倍，具有良好彈性，形狀持久，具有多種刺激性響應(yīng)的聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠性，形狀持久，具有多種刺激性響應(yīng)的聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠heteroditopic PdCl2(PhCN)211;the observations simultaneously proved an increase in the average aggregation size owing to cross-linking of the linear sup

7、ramolecular polymer. 12;the four distinct stimuli can be used as effective inputs to adjust the reversible gelsol transitions of the supramolecular gel. and reflecting the dynamic and reversible nature of the supramolecular gel systemXuzhou Yan, Donghua Xu, Xiaodong Chi. Adv. Mater. 2012, 24, 362369

8、13;單體分子生成交替聚合物超分子凝膠單體分子生成交替聚合物超分子凝膠二苯并二苯并-24-冠冠-8二苯并二苯并-34-冠冠-10paraquat derivativesdibenzylammonium salts14;(b) Specific viscosity of chloroform/acetonitrile (1/1, v/v) solutions of equimolar mixtures of 1 and 2 versus the crown concentration (298 K). (c) Scanning electron micrography of (gold-coat

9、ed) fibers drawn from a high concentration solution of 1 and 2.Feng Wang, Chenyou Han, Chunlin He. J. AM. CHEM. SOC. 2008, 130, 112541125515;利用單體結(jié)構(gòu)中存在的利用單體結(jié)構(gòu)中存在的1 1，2 2，3-3-三氮唑基團(tuán)與金屬交聯(lián)劑發(fā)生配位作用，就可三氮唑基團(tuán)與金屬交聯(lián)劑發(fā)生配位作用，就可以獲得完全基于小分子結(jié)構(gòu)的超分子聚合物網(wǎng)絡(luò)。金屬交聯(lián)劑和競(jìng)爭(zhēng)性配體的以獲得完全基于小分子結(jié)構(gòu)的超分子聚合物網(wǎng)絡(luò)。金屬交聯(lián)劑和競(jìng)爭(zhēng)性配體的加入能實(shí)現(xiàn)線性超分子聚合物與交聯(lián)聚合物

10、的相互轉(zhuǎn)化，為制備高適應(yīng)性的超加入能實(shí)現(xiàn)線性超分子聚合物與交聯(lián)聚合物的相互轉(zhuǎn)化，為制備高適應(yīng)性的超分子動(dòng)態(tài)材料打下了基礎(chǔ)分子動(dòng)態(tài)材料打下了基礎(chǔ). .16;在以往的研究中，主要集中在反應(yīng)靈敏度和刺激性反應(yīng)，在自愈性方面始終在以往的研究中，主要集中在反應(yīng)靈敏度和刺激性反應(yīng)，在自愈性方面始終難有突破。難有突破。17;Scheme 1.Cartoon representations of a) polymer1, b) cross-linkers 2 and 3, and c) supramolecular gels 4 and 5.When 10.0 mm 1and 36.0 mm 2 were m

11、ixed,supramolecular gel 4 formed immediately,However,supramolecular gel 5 constructed from polymer 1 and cross-linker 3 was prepared by heating for 30 days and stirring at room temperature for another 45 days .18;Mingming Zhang, Donghua Xu, Xuzhou Yan. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 7011 7015Gel 5

12、canbe regarded as a degradable material, because it changed intoa sol by adding TEA,but was difficult to recover to its gel state by TFAaddition, because once the mechanically interlocked structures (rotaxanes) in gel 5 were destroyed, rethreading could not be achieved in a short time.19;For gel 4,t

13、he self-healing properties are inferred to be caused by reversible hostguest interactions.For gel 5, destruction and reformation of electrostatic and hydrogen-bonding interactions between cross-linker3 and DB24C8 moieties of the polymer。20;3.2 環(huán)糊精主體環(huán)糊精主體 環(huán)糊精是一種來(lái)自于淀粉的環(huán)狀材料環(huán)糊精是一種來(lái)自于淀粉的環(huán)狀材料, ,通過(guò)分子內(nèi)氫鍵作用形

14、成穩(wěn)定的桶狀通過(guò)分子內(nèi)氫鍵作用形成穩(wěn)定的桶狀結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu), ,外圍是親水性表層而易溶于水溶液中外圍是親水性表層而易溶于水溶液中, ,內(nèi)部是疏水性的空腔內(nèi)部是疏水性的空腔, ,可以有效可以有效地包含疏水性的小分子地包含疏水性的小分子, ,而形成主客體作用而形成主客體作用, ,常見(jiàn)的環(huán)糊精有常見(jiàn)的環(huán)糊精有6,7,86,7,8個(gè)葡萄糖個(gè)葡萄糖單體構(gòu)成單體構(gòu)成, ,分別稱(chēng)為分別稱(chēng)為,和和-環(huán)糊精。環(huán)糊精。21;22;光敏感環(huán)糊精與溫度敏感聚合物為主客體光敏感環(huán)糊精與溫度敏感聚合物為主客體, ,通過(guò)環(huán)糊精與金剛烷間的包結(jié)絡(luò)合作通過(guò)環(huán)糊精與金剛烷間的包結(jié)絡(luò)合作用制備具有光用制備具有光/ /溫度雙敏感性的超分子

15、聚集體。溫度雙敏感性的超分子聚集體。主體分子主體分子客體分子客體分子23; 4HCA-CD/AD-PNIPAM-AD包合物水溶液的透光包合物水溶液的透光率隨著溫度的升高逐漸下率隨著溫度的升高逐漸下降降,說(shuō)明此超分子凝膠具說(shuō)明此超分子凝膠具有溫度敏感性。有溫度敏感性。24;當(dāng)有紫外線照射時(shí)，當(dāng)有紫外線照射時(shí)，傾向于形成線型的傾向于形成線型的超分子，證明此聚超分子，證明此聚集體有光敏感性。集體有光敏感性。Jiang, J. Q, Qi, B, Lepage, M, Zhao, Y. Macromolecules 2007, 40, 79025;環(huán)糊精由于它的無(wú)毒、生物降解、對(duì)光無(wú)吸收等性能而受到廣

16、泛的關(guān)注環(huán)糊精由于它的無(wú)毒、生物降解、對(duì)光無(wú)吸收等性能而受到廣泛的關(guān)注, , 越來(lái)越來(lái)越多地被應(yīng)用在生物、光學(xué)和傳感器等方面。越多地被應(yīng)用在生物、光學(xué)和傳感器等方面。26;3.3 杯芳烴主體杯芳烴主體杯芳烴，是杯芳烴，是2 2，6 6位由亞甲基橋聯(lián)取代酚形成的大環(huán)化合物，因其分子形狀與希位由亞甲基橋聯(lián)取代酚形成的大環(huán)化合物，因其分子形狀與希臘圣杯相似，且由多個(gè)苯環(huán)構(gòu)成的芳香族分子，臘圣杯相似，且由多個(gè)苯環(huán)構(gòu)成的芳香族分子，C. D. GutschC. D. Gutsch將其命名為為杯將其命名為為杯芳烴。芳烴。27;4.未來(lái)前景未來(lái)前景總的看來(lái)總的看來(lái) , 人們對(duì)超分子自組裝的研究工作要比以前深

17、入得多人們對(duì)超分子自組裝的研究工作要比以前深入得多 ,對(duì)于其應(yīng)用研究，對(duì)于其應(yīng)用研究，則更是朝著實(shí)用方面發(fā)展則更是朝著實(shí)用方面發(fā)展 。分子自組裝作為化學(xué)。分子自組裝作為化學(xué) 、物理、物理 、生命科學(xué)和材料科學(xué)、生命科學(xué)和材料科學(xué)的交叉學(xué)科的交叉學(xué)科 ,它將在光電材料它將在光電材料 、人體組織材料、人體組織材料 、高性能高效率分離材料以及納、高性能高效率分離材料以及納米材料中發(fā)揮應(yīng)有的作用米材料中發(fā)揮應(yīng)有的作用 。28;5. 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 Xuzhou Yan, Donghua Xu, Xiaodong Chi. A Multiresponsive, Shape-Persistent, a

18、nd Elastic Supramolecular Polymer Network Gel Constructed by Orthogonal Self- Assembly. Adv. Mater. 2012, 24, 3623692 Feng Wang, Jinqiang Zhang, Xia Ding. Metal Coordination Mediated Reversible Conversion between Linear and Cross-Linked Supramolecular Polymers. Angew. Chem. 2010, 122, 110811123 Feng

19、 Wang, Jinqiang Zhang, Xia Ding. Metal Coordination Mediated Reversible Conversion between Linear and Cross-Linked Supramolecular Polymers. Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 1090 10944 Shengyi Dong, Yan Luo, Xuzhou Yan. A Dual-Responsive Supramolecular Polymer Gel Formed by Crown Ether Based Molecular

20、 Recognition. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 1905 19095 Mingming Zhang, Donghua Xu, Xuzhou Yan. Self-Healing Supramolecular Gels Formed by Crown Ether Based HostGuest Interactions. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 7011 70156 Xuzhou Yan, Mi Zhou, Jianzhuang Chen. Supramolecular polymer nanofibers via

21、 electrospinning of a heteroditopic monomer. Chem. Commun. 2011, 47, 708670887 Bo Zheng, Feng Wang, Shengyi Dong. Supramolecular polymers constructed by crown ether-based molecular recognition Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 1621163629;8 Feihe Huang, Oren A. Scherman. Supramolecular polymers. Chem. Soc. R

22、ev. 2012, 41, 587958809 Xuzhou Yan, Feng Wang, Bo Zheng. Stimuli-responsive supramolecular polymeric materials. Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 60426065 10 Guocan Yu, Xuzhou Yan, Chengyou Han. Characterization of supramolecular gels. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 6697-6722 11 Feihe Huang, Feng Wang, Chenyou H

23、an. Self-Sorting Organization of Two Heteroditopic Monomers to Supramolecular Alternating Copolymers. J. AM. CHEM. SOC. 2008, 130, 11254-1125512 Feihe Huang, Xiaofan Ji, Yong Yao. A Supramolecular Cross-Linked Conjugated Polymer Network for Multiple Fluorescent Sensing. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135,

24、74-7713 Xuzhou Yan, Bo Jiang, Timothy R. Cook. Dendronized Organoplatinum(II) Metallacyclic Polymers Constructed by Hierarchical Coordination-Driven Self-Assembly and HydrogenBonding Interfaces. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 168131681614 Feihe Huang, Peter J. Stang, J. Bryant Pollock. Responsive Supramolecular Polymer Metallogel Constructed by Orthogonal Coordination-Driven Self-Assembly and Host/Guest Interactions. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 4460446330;15 Jianzhuang Chen, Xuzhou Yan, Qiaoling Zhao