非共价型双亲分子的构建及自组装行为的研究

利用分子识别、包结、氢键、静电、疏溶剂、配位和纳米粒子间相互作用等非成键力及其协同效应，设计与构建一系列非共价连接不同极性单元的双亲分子，在不同溶剂和界面上研究其形成各种有序聚集结构的自组装行为。用实验和理论模拟方法，系统考察分子单元、体系组成和外界因素对有序聚集结构及表观协同性能的调控作用，探求能够可逆诱导有序相结构转变的方法与途径，找出有效构建非共价型双亲分子的机制，尝试其在制备新型微纳米结构功能材料的应用。本研究对加深化学、生命科学、材料科学等领域基本问题和有关规律的了解，有重要的理论和实际意义。

作为胶体与界面化学中一个重要的研究领域，溶液中双亲分子有序聚集体的超分子组装、功能化与可逆调控，是软物质与新型功能纳米结构材料设计、构建的重要途径，在化学、生命科学和材料物理化学等方面有重要的理论和实际意义。本研究依据非共价双亲分子的概念，借助离子自组装、环糊精包结、氢键、-堆积和疏溶剂等超分子相互作用，选取面型脱氧胆酸钠、夹心型二茂铁衍生物、笼型金刚烷铵、刚柔型甾醇分子和不对称链型Gemini季铵盐等结构基元，选择水及室温离子液体等溶剂，尝试了各种非共价作用组合形成双亲分子及其聚集体结构的构建与调控。分别利用小角X射线散射、偏光显微镜、扫描与透射电镜、红外光谱、核磁共振、原子力显微镜以及理论模拟等技术，研究了各种外界因素对聚集体形成和结构的影响。研究发现，离子自组装是构建非共价双亲分子的一种有效方式，通过在带相反电荷原料分子中引入具有不同性质的化学基团，可构建具有各种不同结构和性质的超分子聚集体。环糊精的主客体包结作用，会改变分子的亲疏水性、临界堆积参数和头基间相互作用，是超分子聚集体构建过程中的重要调控手段。而在组装基元中引入具有氧化还原特性的基团，则为聚集体结构的可逆调控增添了一种简便可行的方法。水或质子化离子液体作溶剂，则为氢键诱导和环糊精包结类非共价双亲分子和包含氮杂环头基类双亲分子的聚集提供了媒介，并为热稳定性高的有序分子聚集体构建开辟了新的途径。本研究所得结果，对超分子聚集体与功能性纳米结构材料的设计具有较大的参考价值。上述研究结果已在Langmuir, J. Phys. Chem. B, J. Colloid Interface Sci.等国际学术刊物发表SCI收录论文13篇，其中影响因子大于3.0 的论文7篇。