主客体识别驱动的自组装及功能

The molecular assembly of new blocking blocks mediated by non-covalent interactions is a very important way to construct new functional matters. In this project, a series of new host and guest blocking blocks will be synthesized and further assembled to two-dimensional or three-dimensional assemblies that are stable in solution through the efficient recognition and selective host-guest binding. Several key scientific contents including host-induced assembly, guest-induced assembly, self-sorting assembly, multi-hydrogen bond-induced assembly and multi-halogen bond-induced assembly. Control methods by multiple minor environmental factors will be investigated. The concept of supramolecular organic framework will be developed by means of various approaches. These studies will explore the controlling factors of the size/shape/morphology of assemblies, establish the new technology for structural characterization of multi-dimensional assemblies in solution, and investigate cooperative responsive property of assemblies towards photo, pH, ion, enzyme, etc. This project tends to obtain important breakthroughs in the functions of assemblies on delivering biologically active molecules.

弱键协同作用媒介的新基元的自组装是获得新物质的重要途径。本集成项目拟合成含有大环骨架的主体和功能性客体作为新型组装基元，利用主体对客体的高效识别和选择性键合等特性，发展主体诱导组装、客体诱导组装、自分类组装、多重氢键组装、多重卤键组装等弱键协同组装方法以及多种微小环境因素协同调控组装过程的手段，构筑溶液相稳定的二维和三维组装结构，重点发展超分子有机框架的概念。建立溶液相多维结构表征的新技术，阐明多种分子间非共价相互作用的内在联系和协同效果，深入研究组装过程的热力学和动力学行为，通过引入不同修饰基团和外界因素实现组装体对光、pH、离子、酶等多种微小环境的协同响应。提供多种具有优良生物功能的组装体，力争在获得组装体生物活性分子输运等功能方面取得突破。

在整个项目资助期间，本集成项目组基于主客体分子识别，在自组装体的构筑和功能化方面取得了具有创新性的研究成果。.我们借助环糊精、葫芦脲、冠醚等人工大环受体，实现了超分子组装体拓扑形貌的可控转换，这些超分子组装体包括纳米管、纳米线、有机超分子二维材料等，为构筑具有特定结构的纳米材料提供了新的途径，我们还进一步研究了这些超分子组装体在细胞溶酶体近红外荧光染色、信息储存、荧光共振能量转移等方面的应用。.我们进一步深化和拓展了溶液相超分子有机框架的概念，基于CB[8]的主客体包结构筑了三维超分子有机框架，发展了三类新的SOF体系，系统研究了这类体系对客体的富集效应。通过静电作用和疏水作用，确立了负离子型药物及中性的疏水药物的吸收，并由此实现了针对耐药性乳腺癌细胞和小鼠的药物输送和肿瘤治疗效果评估，建立了一种开放平台型的药物输送新策略，为后续进一步开展新的药物输送技术研究确立了新的自组装策略。.我们设计合成了一类新型大环芳烃分子--螺芳烃，证明了螺芳烃对不同类型有机客体具有识别性能，尤其揭示了基于螺芳烃的主客体体系具有包括酸碱、氧化还原、阴离子以及光酸等多重可控的识别作用，进一步设计构建了一系列内锁型超分子组装体，并基于该类组装体发展了具有光酸可控、以及步进反应驱动的能够往返运动等分子机器新体系。.我们报道了一类新的吸附与分离材料--非多孔自适应晶体（Nonporous Adaptive Crystals, NACs, 纳克）。我们的研究表明：基于柱芳烃的非多孔自适应晶体可以应用于苯乙烯/乙基苯分离、对二甲苯纯化、碘可逆吸附、1-戊烯/2-戊烯分离、甲基环己烷/甲苯分离等方面。.在整个项目资助（直接经费总额370万）期间，本集成项目组不但开展了项目组内部的交流与合作，也开展项目组和外部的交流与合作。共培养毕业博士生26名，硕士生19名，发表论文70篇（包括2篇Adv Mater、11篇JACS、5篇Angew Chem Int Ed、2篇 Nature Commun、1篇 Sci Adv、2 篇 Acc Chem Res），在国际会议作大会报告/邀请报告17次, 举办国际学术会议4次。