新型环糊精衍生物的超分子组装体构筑及光致调控

The construction of functional supramolecular assemblies from photo-responsive molecular units through self-assembly strategy is one of hot topics in supramolecular chemistry. In this project, we aim to design and synthesis two series of novel cyclodextrin derivatives, naphthyl bridged bis-(cyclodextrin)s and amphiphilic benzene-1,3,5-tricarboxamide containing nitrobenzyl group modified cyclodextrins, and several photo-responsive guest molecules, azobenzenes, azostilbenes, and so on. The thermodynamic and kinetic origins of these non-covalent interactions will be investigated by calorimetric and time-resolved spectrum methods. Furthermore, the mechanisms of these supramolecular assemblies will be studied by NMR, MS, UV, CD, and fluorescence, etc. The morphologies of these supramolecular assemblies will be also investigated through SEM, AFM, and TEM. Moreover, the regulation of these assemblies’ morphologies irradiated by external light will be explored, so as to provide the new theoretical evidences for the development of supramolecular chemistry.

利用自组装策略将光刺激响应性分子单元构筑成功能超分子组装体是超分子化学研究的热点之一。本项目拟设计合成两类新型环糊精衍生物主体分子，萘酚桥联双环糊精和两亲性含硝基苄基的均苯三甲酰胺修饰环糊精，以及光刺激响应性客体分子偶氮苯、氮杂苯乙烯衍生物等目标分子；利用量热滴定、时间分辨光谱等手段研究主客体非共价键合的热力学和动力学起源；采用核磁、质谱、紫外、圆二色、荧光等现代测试技术方法考察主客体自组装形成超分子组装体的机制；运用SEM、AFM、TEM等手段研究组装体的拓扑形貌。最后，通过外界光刺激手段对组装体的形貌结构进行调控，为光致调控超分子组装体的发展提供新的理论依据。

基于大环合成受体的分子识别构筑新型超分子组装体对众多领域起到重要的推动作用，成为化学学科的前沿方向之一。由于环糊精独特的结构特点以及键合性能，设计合成新型环糊精衍生物并构筑功能超分子组装体更成为该领域的一个重要科学问题。本项目从合成新型环糊精衍生物出发，探究环糊精作为构筑单元在组装形成聚集体过程中的控制因素，进一步，通过电化学实验探究组装体作为电极材料对提高底物分子传感检测性能的作用机制及构效关系。基于这一研究目标，本项目主要研究内容为1)设计合成两种萘酚基团修饰的环糊精衍生物以及金刚烷-紫精、氮杂苯乙烯等目标分子，并以这些目标分子为结构单元组装构筑树枝状组装体；2)以环糊精衍生物作为功能单元修饰石墨烯、石墨烯气凝胶、大孔碳、介孔碳等碳材料，从而构筑获得新型纳米超分子组装体，进一步，将其作为电极材料制备一系列化学修饰电极，并系统深入研究了环糊精衍生物在电极传感功能中的作用机制及构效关系。通过本项目研究，阐明了基于萘酚桥联环糊精构筑树枝状组装体的组装规律。此外，通过对环糊精修饰碳材料组装体的电传感研究，进一步阐明环糊精衍生物对提高电化学检测底物分子性能的作用机制及构效关系。本项目中研究的各种数据结论为新型环糊精组装体的可控构筑以及超分子电化学传感提供理论指导和技术支持，具有重要的学术价值。