非对称Bola型偶氮苯两亲分子的设计、自组装与光异构化性质研究

The study on the relationship between the structure of amphiphilic molecules and the mophology and function of their self-assembled nanostructures, and the control of molecular self-assembly/disassembly has been a research frontier in colloid and interface science. Among different types of amphiphilic molecules, azobenzenes are the most attractive building blocks because their self-assembly and disassembly behaviors could be controlled through photoisomerization. However, the studies on the self-assembly and photoisomerization property of asymmetrically bolaamphiphilic azobenzenes are still very rare. In this research, three asymmetrical bolaamphiphilic azobenzenes, with carboxylic group at different position on phenyl ring are to be designed and synthesized. The relationship between the structures of asymmetrically bolaamphiphilic azobenzene molecules and their self-assembled structures, as well as their photoisomerization properties will be revealed by systematical investigation on their self-assembly behavior in aqueous solution. The fine tuning of the self-assembled supramolecular and/or nanostructures will be achieved benefiting from hydrogen-bonding, coordination, ionic interaction and host-guest interaction. This research is expected to provide more information on the mechanism of the self-assembly and photoisomerization of asymmetrically bolaamphiphilic azobenzenes and a better understanding on the relationship between the self-assembled nanostructures and the property of amphiphilic azobenzenes.

两亲分子的结构与其聚集态结构和功能之间的依赖关系及其聚集和解聚集行为的可控化研究是胶体界面科学的前沿课题。由于偶氮苯两亲分子具有光诱导聚集和解聚集的特性，在两亲分子的研究中最具吸引力。然而，关于非对称Bola型偶氮苯两亲分子的研究还鲜有报道。本研究拟设计合成羧酸头基取代位置不同的三种非对称Bola型偶氮苯两亲分子，通过系统研究它们在水溶液中的自组装与异构化行为，探索分子结构与聚集体结构和异构化性质之间的关系规律。并通过氢键、配位、静电和主客体等相互作用调控聚集体的结构与异构化性质。在此基础上，建立分子的自组装模型，揭示聚集体的异构化机制，阐明分子结构与聚集体结构和异构化性质之间的关系。本研究的执行将加深对非对称Bola型偶氮苯两亲分子自组装规律和异构化机制的认识，有助于理解偶氮苯两亲分子的分子结构与聚集体结构和异构化性质之间的相互依赖关系，为其潜在的应用奠定理论基础。

两亲分子的结构与其聚集态结构性质之间的依赖关系及其聚集行为和聚集体结构的可控化研究是胶体界面科学的前沿课题。非对称Bola型偶氮苯两亲分子具有独特的光致异构化拓扑结构和性质，对于拓展两亲分子的分子结构、聚集体形态和光响应性质具有重要意义。然而有关其分子设计、分子结构与聚集态结构性质之间依赖关系的研究还鲜有报道。本项目首次设计并成功合成了三种基于偶氮苯基元和两个不同羧基头基的光响应型非对称Bola两亲分子，并利用二次谐波（SHG）光谱技术实现了其他表征手段难以实现的，对非对称Bola两亲分子所形成囊泡聚集体的自组装过程进行了原位探测，揭示了不同结构两亲分子在其聚集体中不同的分子排列方式，从分子层次建立了分子结构与聚集体结构之间关系的自组装模型。同时，通过非对称的分子设计、光致异构化反应和主客体相互作用实现了尚未报道的光致小分子量偶氮苯两亲分子囊泡呼吸行为及呼吸方向的多重调控，建立了分子结构、聚集体结构与异构化性质之间的相互依赖关系规律。本项目的完成，一方面加深了对非对称Bola型偶氮苯两亲分子的分子结构特性、自组装行为、聚集体结构和异构化机制的认识，为其在多级药物缓释和有机污染物吸附回收等领域的潜在应用奠定了理论基础。另一方面为分子自组装体系和自组织过程的原位和分子层次的精细探测提供一种有效光谱手段（SHG），具有独特的优势，对已有表征手段形成强有力的补充。