基于四重氢键的超分子组装体及其功能化研究 （一）

Quadruple hydrogen bond is one of the most attractive supramolecular interactions which is usually employed to fabricate supramolecular aggregates and supramolecular polymers. We plan to take various supramolecular building blocks with quadruple hydrogen bonding recognition sites as platform, to develop the following three parts of researches: 1) We try to develop some simple but exquisite model to explore the ring-chain mechanism in supramolecular polymerization process, and finally realize the highly controllable distribution of ring-chain equilibrium. 2) Based on the quadruple hydrogen bonded building blocks, we will construct some supramolecular device, such as dynamic catenanes, rotaxanes and cage-like hosts through orthogonal self-assembly of multiple weak interactions. 3) Various photo- or electric-responsible functional group bridged UPy monomers would be synthesized, which would be further to self-assemble to environment responsible intelligent supramolecular polymers, self-healing materials and biomaterials.

四重氢键是目前构筑超分子组装体和超分子聚合物最引人注目的超分子作用力之一。本申请项目拟基于四重氢键构筑的各种超分子作用基元为平台，展开以下三个方面的工作：1）开发简单且精致的模型来深入探索超分子聚合过程中的环链平衡机理，实现环链分布的高度可控，发展超分子聚合物研究中环链平衡理论架构；2）以四重氢键构筑基元为核心，通过多种超分子力的正交自组装，协同构筑具有可调控性能的超分子器件，如动态索烃、轮烷和笼状主体等；3）自主开发各种具有光电响应的功能基团桥联的UPy基元，组装成具有高度环境响应的“智能”超分子聚合物材料、自修复材料和仿生材料等。

自组装是超分子化学研究的核心之一。协同正交自组装策略已经被成功应用于构筑复杂的、多级有序的新颖结构，并积极研究组装体作为“智能”材料的潜在应用。本项目针对超分子化学领域中超分子组装协同效应及可控组装等科学问题主要展开以下四方面的工作：1）开发简单且精致的模型来深入探索超分子聚合过程中的环链平衡机理，实现了环链分布的高度可控，发展超分子聚合物研究中环链平衡理论架构；2）构筑了基于柱[6]芳烃−二茂铁鎓的氧化还原响应性交联聚合物网络与凝胶；3）合作展开了基于偶氮苯的光响应柱芳烃液晶材料研究，首次通过简单的Click反应高效率地将偶氮苯介晶基元对称地引入柱[5]芳烃，制备了4个和10个亚甲基间隔基的分子量分别为5507和6349的两种结构组成明确的大环柱芳烃偶氮苯液晶齐聚物，表现出优异的成膜性和和界面光控取向特性； 4）构筑了pH调控、Ca2+调控和温度响应性的超分子囊泡体系，并应用于药物转运系统。相对于生命系统而言，虽然动态化学组装的研究才刚刚处于起步阶段，但是上述的研究成果表明正交组装的策略为化学家们进一步理解和模拟复杂的生命过程以及构筑功能化的“智能”材料提供了有力的研究工具。对于获得新的增长点超分子动态材料和药物转运研究，我们将形成新的研究方向，丰富和发展超分子自组装体系。截至目前，项目执行期间发表高水平SCI学术论文22篇，其中包括： J. Am. Chem. Soc. (2篇), Chem. Sci (1篇) ，Adv. Funct. Mater.（1篇），Chem. Mater.（1篇）, Chem. Commun.（6篇）, Macromolecules（2篇），Chem. Eur. J.（1篇）和Polym. Chem.（1篇），并受邀在Acc. Chem. Res.（1篇）发表综述。