鸟嘌呤类两亲分子调控的聚集结构及性能研究

The rigid conjugated planar structure and the multi hydrogen bonding sites of guanine-based amphiphiles show significant value in the self-assembly of functional supramolecular systems. This project focuses on the fundamental principles of self-assembly and the unique structure of guanine-based amphiphiles, and try to obtain the relationship between the rich combination modes of hydrogen bonding and the self-assembled structures. The effect of the position and structure of substituent groups in guanine on the combination modes of hydrogen bonding and self-assembly behaviors will be studied. The synergetic effect of conjugate plane stacking, cations-polar interaction, hydrogen bonding on the self-assembly process under the existence of metal ions and the main driving force at different conditions will be investigated in detail. Moreover, the mechanism of constructing the fine structures and the environmental factors affecting the self-assembly behavior will be researched to further understand the principles in structural transition of aggregates. As a result, we will open up a controlled assembly routine for this series of compounds in order to design and construct hierarchical ordered structures and to develop their functions and applications with the further purpose to extend the research field of self-assembly.

鸟嘌呤类物质及其异构体的刚性共轭平面和多个氢键结合位点的独特结构，使该类化合物形成的两亲分子具有丰富的氢键组合方式，在自组装的研究与应用中显示出重要价值。本项目从两亲分子自组装基本原理出发，拟设计合成一系列鸟嘌呤及其异构体的两亲分子，探寻这些物质氢键组合方式与自聚集体结构之间的关系：考察取代基位置、结构对氢键组合方式的影响以及由此引发的不同聚集行为；探究金属离子参与下共轭平面堆积、阳离子-偶极、氢键之间对自聚集过程的协同效应及在不同条件下发生自聚集的主导驱动力；研究聚集体的精细结构及构建机制，以及外界因素的改变对聚集行为的影响。在上述研究基础上，描绘出鸟嘌呤类物质及其异构体化合物聚集结构转变的规律和可控组装方法，制备多层次及尺度的有序结构材料，对其相应的功能和应用进行探索，拓宽自组装的研究领域。

基于鸟嘌呤类物质及其异构体的刚性共轭平面和多个氢键结合位点的独特结构所赋予的丰富的氢键组合方式，设计了一系列鸟嘌呤及其异构体的两亲分子组合体系。探究了金属离子参与下、阳离子-偶极、氢键之间对自聚集过程的协同效应及在不同条件下发生自聚集的主导驱动力；研究G-四联体的精细结构及构建机制，以及外界因素的改变对聚集行为的影响；总结出鸟嘌呤类物质聚集结构转变的规律和可控组装方法，对其相应的功能和应用进行了探索。主要研究内容：1）分别考察了金属离子、富含氨基的聚合物与鸟苷单磷酸二钠盐（GMP）的作用方式和作用规律，探究了pH值对该类聚集体系的作用方式和影响规律性及体系功能的差异。2）采用鸟苷、苯硼酸与金属离子通过形成硼酯键构筑了G-四联体凝胶体系，考察了金属离子对G-四联体形成中诱导能力及堆积方式的差异。对G-四连体纤维的自发取向进行了研究，通过调节形成G-四连体凝胶的浓度，得到了具有负的锚定强度的同质型和辐射型两种类型的向列相液滴，并进行了数值模拟。3）采用鸟苷单磷酸二钠(GMP)和双长链的阳离子表面活性剂通过静电相互作用构筑了热致液晶结构。随着表面活性剂链长的增加，热致液晶的热分解温度和相转变温度逐渐升高。向液晶中引入钾离子后，复合物所形成的SmA相和Colr相都变成了六角相(Colh)。通过作用力及空间影响因素对该转变进行了解释。钾离子加入诱导了更多的复合物分子进行堆积，导致液晶的荧光和手性性质也发生了明显变化，形成了更为有序的组装结构。