基于芳香大环构筑的动态超分子纳米孔材料

We propose a research program towards dynamic supramolecular nanopores using self-assembly of conformationally-flexible aromatic macrocycles. There are many reported examples of self-assembled pore structures such as tubules, toroids, and helices. However, fixed, non-responsive nanostructures and a lack of a rational design approach to dynamic nanopores create a significant challenge on the way to next generation of self-assembling materials. Our research objectives include: 1) Rational design and synthesis of molecular modules based on aromatic macrocycles with a conformational change; 2) Development of tubular nanopores exhibiting protein pore functions; 3) Development of polymerizable toroidal pores to prove the concept of activated helical propagation; 4) Planar chiral pore 2D materials for highly efficient chiral resolution.. Related this proposal, we have already published in Angew.Chem.Inte.Ed (2013), JACS (2014), Nature Commun.(2015) and 2 additional papers in Angew.Chem.Inte.Ed.(2016) with Jilin University affiliation. Based on this result, we believe that the proposed research work will be successful.

本项目拟利用具有灵活构象的芳香大环构筑动态可调的超分子纳米孔材料。自组装纳米孔（如管状、环状、螺旋状）结构的研究工作是超分子化学领域的研究热点之一。然而，当前报道的绝大多数纳米孔是非响应性的固定结构。发展具有动态响应性的智能纳米孔材料将是下一代自组装孔材料的重要研究方向。制约这一方向发展的关键问题在于缺少合理的设计方法用于构筑动态响应性纳米孔状结构。针对这一问题，我们提出以下研究目标：1) 设计、合成具有灵活构象的芳香族大环，以大环分子为组装基元合理构筑具有刺激-响应性的超分子纳米孔结构；2）开发能够展现蛋白质孔功能的管状孔结构；3）进一步利用芳香环的螺旋组装特性并结合超分子聚合的策略验证手性放大现象及聚合触发螺旋传递的概念；4）构筑二维手性孔材料，探索其在高效手性分离方面的应用。与本项目相关的研究，我们在吉林大学已发表Angew. 3篇, JACS 1篇，Nature Commun.1篇

超分子化学在功能材料与对有机体的生物功能调节等方面具有重要作用。如何在纳米尺度上构筑新颖的功能性超分子组装体一直是近些年来人们关注的重点。合理设计合成具有特定几何构型的大环类两亲分子，并利用其几何形状以及分子间非共价相互作用的协同，构筑具响应性的组装体是超分子化学领域的重要研究方向。然而，手性多孔材料在化学、生物学、材料科学、物理学等许多科学领域引起了广泛的兴趣与关注，其在不对称合成、信号放大、光学器件等多种实际应用领域都具有较好的应用效果。与分子水平的均相催化剂相比，基于超分子手性纳米结构的多相催化剂具有较高的可回收及可重复利用的特点，因而引起了广泛的研究兴趣。本项目拟利用具有灵活构象的芳香大环构筑动态可调的超分子纳米孔材料。具体研究成果包括：.1) 设计、合成一系列芳香族大环化合物，以大环分子为组装基元合理构筑具有刺激-响应性的超分子纳米孔结构。我们通过两亲性分子以二聚体堆积的方式成功地构筑了具有均一孔径尺寸的二维纳米结构。2）开发具有动态响应功能的孔结构；3）构筑二维手性孔材料，探索其在高效手性分离、手性反应方面的应用。.以上研究获得了国际、国内同行的广泛关注，为研究超分子体系的构效关系理论提供了新模型。