水相中分子链自组装生成聚合物和纳米管结构

本项目的核心是利用简单离子辅助氢键，特别基于有机胱胺和羧基化合物生成的平面二齿结构单元，设计在水相中生成牢固的（robust）二聚体和环状四聚体的基元结构，并将其应用于互补分子链的设计合成中，通过自组装在水相生成一系列定义明确的（well-defined）的超分子聚合物和纳米管结构。其意义在于针对氢键介导的自组装在水相不易生成的前沿问题，提出一般解决方案。通过对基元结构和分子链的自组装过程的研究为复杂超分子复合体（complex）在水相的设计合成提供理论基础，从而为超分子化学的基础研究提供原创性的贡献，并最终为实现新型功能材料的制备，以及对国家在环境和生物等国民经济可持续发展方面产生积极的意义。

本项目的目标是利用胍（guanidine）和羧酸（carboxylic acid）易于生成离子氢键介导的平面二齿结构为基础来设计制备在极性溶剂特别是水相中稳定的强二聚体和环状基元结构。以基元机构为基础进一步制备极性溶剂中稳定的复杂超分子结构如聚合物和纳米管等。项目的提出背景是针对当前在强极性溶剂，特别是水相中难于生成简单离子氢键介导的稳定二聚体结构而提出的。..通过过去三年的探索，虽然我们在胍基和羧基化合物的制备、二聚体和环状基元结构的制备和表征方面取得了一定的进展，并积累了大量的经验，但由于设计和合成上（包括胍盐的溶解性等）的挑战，还没有实现申请书中提出的比Schmuck发表的在水相中更强的二聚体基元结构(Ka =170 M-1 in water)。因此，虽然对固相中形成链状超分子结构有较好的理解，但由于没有获得强的二聚体基元结构，在溶液中制备超分子聚合物还没有成功。在环状基元结构方面也还停留在相关机构的修饰方面，对其在固相和液相的结构表征以及在超分子纳米管结构方面的应用也还没有实质性的进展。..归纳起来我们在以下几方面有一定的进展：（1）设计和制备了几类胍和羧酸二聚体结构。其中钳型结构在10%的水和DMSO溶液中的Ka = 1000 M-1，通过吡咯修饰后期望达到更强的键合。（2）在设计胍基和羧基二聚体基元结构时，意外发现当分子内的弱亲核基团如二苯胺时，胍基容易被二苯胺的N进攻发生重排反应，生成螺旋结构。这为我们课题组目前正在合成其它更简单新型的二胍结构提供了非常好的启示。（3）获取了许多二胍和二酸或zwitterionic离子型化合物在固相结构生成链结构的参数，以及胍和羧酸的结晶特性。包括由proline为基础的helical结构。（4）对环状基元结构的前体合成积累了较好的经验，为下一步完成申请书中提出的表征内容大下了很好的基础。