功能性小分子凝胶的构筑、组装调控及超分子催化

On the basis of the theory of self-assembly, this programme aims to design and synthesize a series of gelator moleculars based on amino acids, supramolecular gels will be fabricated and tuned through solvents, temperature, pH, metal coordination and other forms. Supramolecular assemblies with excellent catalytic properties will be built, the relationship between supramolecular nanostructures and regulation factors about gels will be illuminated. We will attempt to realize controllable preparation of supramolecular gel with specific nanostructures, explore asymmetric catalytic function of supramolecular gel, and then the gels will be allowed to use on asymmetric synthesis of novel biomimetic bioactive compounds. Based on gels, in this proposal we will seed to realize chriality tranfer between moleculars and supramoleculars built with achiral moleculars or racemic modifications, namely, how do supramolecular chiral information contained with ordered assemblies induce and regulate on molecular level, from supramolecular chirality to nano chirality and molecular chirality. We will summarize structure-activity relationship between nanostructures and asymmetric catalysis effect of gels. The research of asymmetric catalysis in gels will provide new direction for application of gel and new methods for asymmetric catalysis.

本项目拟利用超分子自组装理论，设计合成若干氨基酸类酰胺衍生物凝胶剂分子，并通过金属配位、pH、溶剂、温度等形式调控组装制备超分子凝胶，构筑具有催化性能的超分子组装体。研究凝胶的超分子纳米结构与外界因素调控组装关系，实现具有特定纳米结构的超分子凝胶的可控制备，重点拓展凝胶的超分子不对称催化功能，并用于手性合成一类新型仿生生物活性化合物。重点以超分子凝胶为主体，催化有机反应为方式，寻求实现超分子组装体手性在分子层次上的传递，即凝胶包含的超分子手性信息在分子水平上的诱导和控制，实现由超分子手性到纳米手性再到分子手性的传递表达，总结具有催化功能性超分子凝胶体系的设计制备规律，阐明凝胶组装体纳米结构与不对称催化效果之间的构效关系，阐释不同层次手性间的关系。超分子凝胶不对称催化研究为凝胶功能化及其应用提供了新的手段和方法，同时为有机化学中的不对称催化研究提供新的内容和体系。

本课题主要围绕超分子凝胶设计及组装机理展开了研究，首先进行了巧妙的分子结构设计，设计发现了一种新型结构简单的杂环类化学反应性凝胶因子，对其合成方法进行了优化，实现了批量简洁的高效快速制备，创造性地改进了文献的制备方法，使这类分子制备更加简便绿色（一种化学反应性小分子及其凝胶制备方法, 发明专利，已授权，专利号ZL201410017476.6）；然后对其凝胶特性研究发现，其有特殊的化学反应特性，即该类分子能对不同碱金属离子具有选择性可视化识别（一种对氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾可视化选择性识别的有机小分子，发明专利，已授权）。随后进一步拓展了该杂环小分子胶凝剂的种类，进而发展了一大类结构简单，具有化学响应特性和功能的凝胶分子，该部分成果已总结发表（CrystEngComm， 2015, 17(42),8058-8063 ），课题研究设计的该类异噁唑杂环小分子具有结构简单，合成简洁，操作简单，易于制备等特点，且研究发现其具备化学响应成胶性，以及对不同碱金属氢氧化物的相态可可视化识别性，其新颖的优点和特点有望为酯水解可视化反应检测提供思路。同时与项目团队成员合作研究发现了一种多组分聚合物微凝胶，及其负载二氧化钛在有机染料的过滤降解等方面获得了一定的进展。