浅谈超分子自组装

1浅谈超分子自组装姓名：王庭昀专业：化学工程学号：214270082目录4.未来前景3.研究现状5.参考文献1.简介2.研究背景31.超分子自组装简介超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功能和特性的自组装材料受到研究者广泛的重视和研究。4组成超分子的分子间作用力的类型静电作用如偶极子—偶极子之间作用。氢键如X—H…Y(X,Y=O,F,N,C,Cl)。芳香堆积作用疏水效应溶液中疏水基团或油滴的相互聚集，将增加溶液中水分子间的氢键数量。5自组装发生条件自组装动力自组装导向非共价键力属于弱相互作用，怎么自组装成稳定有序实体？自组装动力：分子间弱的相互作用力的协同作用，为分子自组装提供能量。自组装导向：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尺寸和方向上达到分子重排要求。6分子识别对超分子自组装的影响分子识别：指给定受体（主体）与底物（客体）选择性结合并产生某些特定功能的过程。Scheme1Cartoonrepresentationoftheformationofalinearsupramolecularpolymerfromtheself-organizationofmonomer1XuzhouYan,MiZhou,JianzhuangChen.Chem.Commun.,2011,47,7086–7088.7影响：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。82.研究背景超分子自组装利用非共价键之间的动态可逆的过程，不仅表现出传统聚合物的性质，而且还具有新的结构和功能，如可降解性，刺激性响应和自愈性，使他们成为智能材料的出色候选人，吸引了越来越多人们的关注。93.研究现状1.冠醚及其衍生物2.环糊精3.杯芳烃根据主体不同分类103.1冠醚及其衍生物冠醚的分类11•浙江大学黄飞鹤课题组研制成功了一种反应灵敏度是原来四倍，具有良好弹性，形状持久，具有多种刺激性响应的聚合物网络凝胶heteroditopic[PdCl2(PhCN)2]12theobservationssimultaneouslyprovedanincreaseintheaverageaggregationsizeowingtocross-linkingofthelinearsupramolecularpolymer.13thefourdistinctstimulicanbeusedaseffectiveinputstoadjustthereversiblegel–soltransitionsofthesupramoleculargel.andreflectingthedynamicandreversiblenatureofthesupramoleculargelsystemXuzhouYan,DonghuaXu,XiaodongChi.Adv.Mater.2012,24,362–36914•单体分子生成交替聚合物超分子凝胶二苯并-24-冠-8二苯并-34-冠-10paraquatderivativesdibenzylammoniumsalts15(b)Specificviscosityofchloroform/acetonitrile(1/1,v/v)solutionsofequimolarmixturesof1and2versusthecrownconcentration(298K).(c)Scanningelectronmicrographyof(gold-coated)fibersdrawnfromahighconcentrationsolutionof1and2.FengWang,ChenyouHan,ChunlinHe.J.AM.CHEM.SOC.2008,130,11254–1125516利用单体结构中存在的1，2，3-三氮唑基团与金属交联剂发生配位作用，就可以获得完全基于小分子结构的超分子聚合物网络。金属交联剂和竞争性配体的加入能实现线性超分子聚合物与交联聚合物的相互转化，为制备高适应性的超分子动态材料打下了基础.17•在以往的研究中，主要集中在反应灵敏度和刺激性反应，在自愈性方面始终难有突破。18Scheme1.Cartoonrepresentationsofa)polymer1,b)cross-linkers2and3,andc)supramoleculargels4and5.When10.0mm1and36.0mm2weremixed,supramoleculargel4formedimmediately,However,supramoleculargel5constructedfrompolymer1andcross-linker3waspreparedbyheatingfor30daysandstirringatroomtemperatureforanother45days.19MingmingZhang,DonghuaXu,XuzhouYan.Angew.Chem.Int.Ed.2012,51,7011–7015Gel5canberegardedasadegradablematerial,becauseitchangedintoasolbyaddingTEA,butwasdifficulttorecovertoitsgelstatebyTFAaddition,becauseoncethemechanicallyinterlockedstructures(rotaxanes)ingel5weredestroyed,rethreadingcouldnotbeachievedinashorttime.20Forgel4,theself-healingpropertiesareinferredtobecausedbyreversiblehost–guestinteractions.Forgel5,destructionandreformationofelectrostaticandhydrogen-bondinginteractionsbetweencross-linker3andDB24C8moietiesofthepolymer。213.2环糊精主体环糊精是一种来自于淀粉的环状材料,通过分子内氢键作用形成稳定的桶状结构,外围是亲水性表层而易溶于水溶液中,内部是疏水性的空腔,可以有效地包含疏水性的小分子,而形成主客体作用,常见的环糊精有6,7,8个葡萄糖单体构成,分别称为α,β和γ-环糊精。2223光敏感环糊精与温度敏感聚合物为主客体,通过环糊精与金刚烷间的包结络合作用制备具有光/温度双敏感性的超分子聚集体。主体分子客体分子244HCA-CD/AD-PNIPAM-AD包合物水溶液的透光率随着温度的升高逐渐下降,说明此超分子凝胶具有温度敏感性。25当有紫外线照射时，倾向于形成线型的超分子，证明此聚集体有光敏感性。Jiang,J.Q,Qi,B,Lepage,M,Zhao,Y.Macromolecules2007,40,79026环糊精由于它的无毒、生物降解、对光无吸收等性能而受到广泛的关注,越来越多地被应用在生物、光学和传感器等方面。273.3杯芳烃主体杯芳烃，是2，6位由亚甲基桥联取代酚形成的大环化合物，因其分子形状与希腊圣杯相似，且由多个苯环构成的芳香族分子，C.D.Gutsch将其命名为为杯芳烃。284.未来前景总的看来,人们对超分子自组装的研究工作要比以前深入得多,对于其应用研究，则更是朝着实用方面发展。分子自组装作为化学、物理、生命科学和材料科学的交叉学科,它将在光电材料、人体组织材料、高性能高效率分离材料以及纳米材料中发挥应有的作用。295.参考文献[1]XuzhouYan,DonghuaXu,XiaodongChi.AMultiresponsive,Shape-Persistent,andElasticSupramolecularPolymerNetworkGelConstructedbyOrthogonalSelf-Assembly.Adv.Mater.2012,24,362–369[2]FengWang,JinqiangZhang,XiaDing.MetalCoordinationMediatedReversibleConversionbetweenLinearandCross-LinkedSupramolecularPolymers.Angew.Chem.2010,122,1108–1112[3]FengWang,JinqiangZhang,XiaDing.MetalCoordinationMediatedReversibleConversionbetweenLinearandCross-LinkedSupramolecularPolymers.Angew.Chem.Int.Ed.2010,49,1090–1094[4]ShengyiDong,YanLuo,XuzhouYan.ADual-ResponsiveSupramolecularPolymerGelFormedbyCrownEtherBasedMolecularRecognition.Angew.Chem.Int.Ed.2011,50,1905–1909[5]MingmingZhang,DonghuaXu,XuzhouYan.Self-HealingSupramolecularGelsFormedbyCrownEtherBasedHost–GuestInteractions.Angew.Chem.Int.Ed.2012,51,7011–7015[6]XuzhouYan,MiZhou,JianzhuangChen.Supramolecularpolymernanofibersviaelectrospinningofaheteroditopicmonomer.Chem.Commun.2011,47,7086–7088[7]BoZheng,FengWang,ShengyiDong.Supramolecularpolymersconstructedbycrownether-basedmolecularrecognitionChem.Soc.Rev.2012,41,1621–163630[8]FeiheHuang,OrenA.Scherman.Supramolecularpolymers.Chem.Soc.Rev.2012,41,5879–5880[9]XuzhouYan,FengWang,BoZheng.Stimuli-responsivesupramolecularpolymericmaterials.Chem.Soc.Rev.2012,41,6042–6065[10]GuocanYu,XuzhouYan,ChengyouHan.Characterizationofsupramoleculargels.Chem.Soc.Rev.2013,42,6697-6722[11]FeiheHuang,FengWang,ChenyouHan.Self-SortingOrganizationofTwoHeteroditopicMonomerstoSupramolecularAlternatingCopolymers.J.AM.CHEM.SOC.2008,130,11254-11255[12]FeiheHuang,XiaofanJi,YongYao.ASupramolecularCross-LinkedConjugatedPolymerNetworkforMultipleFluorescentSensing.J.Am.Chem.Soc.2013,135,74-77[13]XuzhouYan,BoJiang,TimothyR.Cook.De