葡萄糖酸单缩醛类智能凝胶因子的制备及凝胶机理研究

This project can provide a theoretical guidance to design new controllable smart gelators, and construct a universal gelation prediction model for the gelation behaviours. The new smart gelators containing functional groups, such as host-guest interaction groups, light responsive groups and metal ions recognition groups, will be designed and synthesized using methylate gluconic acid monoacetal as a platform molecule. The further studies would allow us to reveal the influence of the functional molecular fragment and external stimuli on the self-assembly of the gelators. Furthermore, the general regulation law of gelation properties induced by the molecular self-assembly can be discovered. Then the smart supermolecular gelators with controllable gelation properties can be prepared. In addition, a series of glucose amide type gelators can be designed and prepared via the introduction of segments with different self-assembly properties into the platform molecule. The gelation properties and the self-assembly mechanism can be studied and the solubility parameters can be used to construct gelation prediction model. Then the correlation between the prediction model and the driven force of self-assembly can be discovered. The gelators based on glucose acid monoacetal have not been reported in literatures. These newly developed smart gelators can be widely employed in the fields such as organic functional materials, supramolecular chemistry and electrochemistry and it is believed that our studies will promote the development of these areas.

通过本项目的研究可以为智能可控凝胶因子的设计提供理论指导，为凝胶因子可凝胶溶剂提供具有普遍适用性的预测模型。以易于结构衍生化的葡萄糖酸单缩醛甲酯为平台分子，通过分子设计与结构调节，分别合成具有主客体作用基团、光响应性基团、金属离子识别基团的新型智能可控凝胶因子；揭示功能片段分子、外界刺激对于智能凝胶的凝胶性能与凝胶自组装的影响，发现自组装作用力对于凝胶性能的调节作用规律，制备凝胶性能可以调控的智能超分子凝胶。另外，在平台分子上引入不同自组装性质的分子片段，设计与合成系列葡萄糖酰胺类凝胶因子，表征其凝胶性能及自组装机理，采用溶解度参数理论构建凝胶因子可凝胶溶剂的预测模型；发现凝胶因子的自组装作用力与预测模型之间的规律。葡萄糖酸单缩醛甲酯为平台分子的系列凝胶因子尚未见文献报道。本研究会对有机功能材料、超分子化学和电化学等领域的发展起到一定的推动作用。

本项目在凝胶因子结构中引入特定功能基团，设计并合成了一系列具有不同刺激响应基团的D-葡萄糖缩醛类智能凝胶因子，研究了外界刺激对于智能凝胶性能的影响。表征其在不同溶剂体系中的凝胶性能及自组装机理。研究了凝胶因子在凝胶推进剂、离子液体及传感器中的应用。.设计合成了一系列缩醛取代的葡萄糖酰单胺化合物，具有多重刺激响应性(对于阴离子、碱的化学响应性；超声、机械力的物理响应性)和多种应用性(流变及自愈剂、污水处理、溢油回收和光学器件制造等领域)。.通过酸碱作用、设计并合成了两个系列的双组分胶凝因子，表现出高效的自修复性和相选择性，并且在柔性光学器件和污水处理方面具有潜在应用。.设计并合成了具有二茂铁结构片段的有机凝胶因子发现其对于F-和Al3+具有裸眼识别能力。设计并合成了具有三联吡啶结构片段的、具有可自愈性能的超分子凝胶，研究了稀土金属配合物的发光性能。设计并合成了具有希夫碱结构片段的凝胶因子，研究了凝胶因子在不同溶剂中的凝胶性能，并探索了机械力对于智能凝胶因子性能的影响。.设计、合成并研究了具有不同分子间作用力的几种多元醇缩醛类凝胶因子、葡萄糖酰胺类凝胶因子。测试了凝胶因子在混合溶剂中的凝胶行为，研究了给定凝胶因子在单一溶剂中的凝胶行为对混合溶剂凝胶行为的影响。.设计、合成了凝胶因子并制备了高密度碳氢燃料JP-10的超分子凝胶，使得金属助燃剂（Al粉、B粉）在燃料凝胶体系中稳定分散。设计、合成了一系列凝胶因子并将离子液体凝胶化，制备了具有良好的离子导电性、优异的机械强度和相对增强的粘弹性的IL凝胶，是一种很好的自愈性电化学材料。.通过本项目的研究，发现外界刺激对于智能超分子凝胶性能的影响，总结了自组装驱动力对于凝胶性能的调节作用规律，为智能凝胶因子的设计提供了理论指导。通过上述基础研究，为超分子化学、有机功能材料和电化学等领域的发展做出一份贡献。