超分子体系的分子诱导聚集研究

Induced Molecular Aggregation is current a new growing concept. In this project, a series of crown ethers, cyclodextrins, calixarenes, curcubitirils, azaaromatic ligands, and aromatic amides with functional substituents will be designed and synthesized as building blocks. Then they are constructed to new induced molecular aggregates including macrocyclic supramolecular assemblies, porous assemblies, macromolecular helix tubes, supramolecular organic frames through a combination of several supramolecular assembly methods. By changing modified groups and introducing enzyme-controlled, phoro-controlled, pH-controlled, chemo-controlled factors to achieve the smart control of induced molecular aggregates. By deeply investigating the thermodynamic and kenitic origins of molecular recognition and molecular aggregation, it is expected to know the cooperative mechanism of weak interactions and relations among building blocks. On the basis of structure-activity-dynamic control studies, the molecular sensing, drug delivery, molecule and ion tunnel, and biological functions of molecular aggregates will be reserached to push the development of supramolecular chemistry from molecular recognition to molecular aggregation.

分子诱导聚集目前已成为超分子化学的重要生长点。本项目拟设计合成不同功能基团修饰的冠醚、环糊精、杯芳烃、葫芦脲、氮杂芳香配体、芳香酰胺大环等作为组装基元，采用超分子组装方法的优化组合，构筑新的功能化大环超分子组装体、空穴组装体系、大分子螺旋管结构、超分子有机框架等分子聚集体。通过改变修饰基团和引入酶控、光控、pH控制、化学调控等因素，实现对分子聚集体结构的动态调控。通过深入研究该类超分子体系分子识别和分子诱导聚集的热力学和动力学起源，揭示弱相互作用的协同机制，阐明分子诱导聚集过程的组装体基元单体间结合的内在联系。在结构-性质-动态调控研究基础上，进一步实现超分子聚集体在分子传感、药物传输、分子和离子通道以及生物等方面的一些功能，从而促进超分子化学从分子识别向分子诱导聚集高级结构方向的发展。

分子诱导聚集目前已成为是超分子化学的重要生长点和核心研究内容。本项目从几种功能化的大环分子受体出发，利用超分子诱导聚集构筑了多个系列的形貌可控的超分子组装体。通过元素分析、核磁、质谱、红外光谱、紫外光谱、X-射线衍射、透射电镜、原子力显微镜等方法并辅以分子模型的手段考查它们的组成及其在溶液和固相中的结构以及组装行为，探索了诱导聚集体的功能以及外界条件对组装体形貌的调控。代表性成果包括：(1) 在“诱导聚集策略”方面，通过“主体诱导”、“客体诱导”、“静电诱导”、“氢键诱导”等策略，成功构筑超分子线/管、超分子粒子、水溶性超分子有机框架、自组装纳米孔结构体系等。(2) 在“诱导聚集体功能”方面， 从大环分子出发，构筑了多种具有发光功能、检测/成像功能、生物功能和光催化功能的超分子聚集体, 初步建立了原位负载的超分子有机框架药物输送体系。(3) 在“诱导聚集体调控”方面，成功实现了利用光照、温度、酸碱性、酶作用和化学竞争对聚集体形貌和功能进行智能调控。项目共发表SCI论文135篇，申请专利29项，授权专利15项。