多嵌段两亲性寡聚噻吩类液晶分子的设计合成及自组装行为研究

纳米超分子液晶结构的自发形成是构建生命过程中许多复杂体系及新型功能材料的基础。因此研究液晶分子自发聚集过程的推动力，寻找能形成有序超分子结构的液晶分子设计规律是当今化学研究的热点。本项目拟在"多元化不相容竞争组合"的理念指导下，将噻吩作为刚性棒状芳香单元的组成部分与非极性烷基链和极性基团以非线性的方式组合在一起，设计合成新型多嵌段两亲性寡聚噻吩类化合物；通过调节分子中各嵌段体积的相对大小、连接的拓扑结构，以及将多个手性中心引入到分子中等方式，达到控制此类分子的超分子自组装行为、获取新型具有复杂纳米超分子液晶结构的目的，找出这类分子结构与液晶超分子自组装行为间的关系。本课题对设计新型噻吩类功能材料、丰富自组装理论具有重要意义。

本项目成功完成了系列多嵌段寡聚噻吩波拉两亲性分子的合成及其液晶自组装结构与分子结构关系的研究，考察了烷基侧链的长度、数目及噻吩环的数目等对液晶相结构的影响，获得了系列多角形的峰窝状柱相有序结构，对分子结构与所呈现的液晶柱相结构间的关系进行了深入的探讨，对各种柱相结构间的转变及其发生的几何扭曲都做了细致的研究。 其中在T-形单噻吩及二噻吩的Bola系列化合物中实现了对称性较高的系列多角形蜂窝状柱相结构，在X-形二联噻吩Bola系列化合物中首次发现了单壁三角形蜂窝状柱相结构，成功实现了单壁蜂窝状系列柱相结构，并发现了在从三角形柱相到四方柱相转变过程中的几何扭曲现象，对四联噻吩 Bola 的研究，进一步证明在从三角形柱相到四方柱相转变过程中的几何扭曲现象的复杂性。 这种几何扭曲的现象体现在X-形二联噻吩系列化合物中就是观察到的三角形柱相实际上已经是由随意取向的菱形和三角形组成，不是完美的全部由三角形柱体组成，在出现四方柱相之前还会出现分子排布无系的结构，造成这种现象的原因是由于烷基侧链达到某一临界长度时既不能填充三角形柱体也不能填充四方形柱体，只能呈现一种无序的状态；而在四联噻吩系列中，这种扭曲的体现是观察到了有缺陷的三角形柱相，而且首次观察到了由三角形柱体和四方形柱体以2:1比例构成的四方柱相，也首次观察到了由束状四方柱体排列而成的向列相结构。 合成的六联噻吩Bola是首个报道的含最长共轭寡聚噻吩刚核的Bola液晶化合物，并证明了该化合物在制备太阳能电池方面潜在的应用前景。多嵌段寡聚噻吩波拉两亲性分子所呈现多角形的蜂窝状柱相结构以及在三角形柱体到四方柱体转变过程的几何结构扭曲造成的相结构的复杂性、新颖性都为二维，三维纳米网状及隧道结构的研究提供了强大的理论依据和实验数据，为模拟生命体系通过非共价键形成的自组装体系的复杂结构及维持及产生生命的奇妙功能提供极好的模型。同时也成功的实现了具有光电功能的寡聚噻吩共轭结构单元的液晶有序组装 证明了可将-共轭的寡聚噻分子等功能共轭单元直接设计为复杂液晶有序结构，这必将为开发功能性的液晶材料，制备性能优异的有机半导体材料提供新途径。本项目研究成果发表论文32 篇，其中SCI论文8 包括1篇JACS。培养研究生19名（毕业9名,两名直博），博士生6名（毕业三名）。做邀请报告2次以上。