新型水相超分子聚合物自组装构筑

This project focuses on the development of new synthetic supramolecular polymers in aqueous solutions, The rules of the self-assemble and the stimuli responsive performance will be investigated. A series of new kinds of hybrid molecules will be designed and prepared for the construction of stable host-guest complexes with CB[8] in aqueous solutions. The binding mode of the complexes and binding constants will be confirmed. On this basis, water soluble connected chains will be introduced between the monomer segments. The extension of the flexible chains will be used to induce them to form new kinds of supramolecular polymers with CB[8] in aqueous solutions. Furtherly, groups with stimuli-responsive properties will be introduced to the structures to exploit the possibility of conversion of polymerization and dissociation. Furthermore, supramolecular structures through multiple non-covalent interactions will be built to develop new ways in construction of complex supramolecular assembly. The possibility of formation of supramolecular hydrogel will also be explored, in order to provide new ideas to construct complex assembly materials in the aqueous media.

本项目提出利用分子间多重弱相互作用，发展一类新的水相超分子聚合物体系，并系统研究组装性质及可调控性能。通过设计合成一类新的芳香环吡啶盐类分子，系统研究这类分子在堆积及疏水作用的双重作用力的驱动下，与葫芦脲CB[8]在水中的结合模式及强度。在此基础上，引入水溶性的连接链于两个单体分子之间，使芳香分子在葫芦脲的空腔内以头尾交叠的方式堆积，构建一类新型的水相超分子聚合物。进一步引入具有光响应性的偶氮苯片段或具有PH响应性的氨基片段，研究这类组装体对温度、光照以及酸碱度的刺激响应性质，有效调控聚合物的组装和解离。另外，我们还将在结构中引入具有生物相容性及分子间作用位点的连接片段，利用多重非共价作用，实现水相中的二维超分子聚合物组装，构筑复合型人工二级结构，实现生物模拟，并尝试探索超分子水凝胶产生的可能性及效率，为在水相中复杂组装材料的构建提供新的思路。

本课题的研究围绕发展新型水相组装基元和自组装构筑新型超分子聚合物来展开，主要取得以下成果：（1）基于葫芦脲[8]主-客体化学设计合成一种高结合强度的新型水相组装基元，该基元在具有高度热稳定性的同时还表现出pH响应性，有望用于水相中构筑耐高温的pH响应材料；（2）构筑了一种具有四边形孔洞的单层二维超分子有机框架，发现该框架聚合结构的形成可引起无荧光的组装单体产生荧光，且荧光强度可通过加入不良溶剂促使单层二维超分子有机框架聚集得到进一步增强，展示了二维结构对光物理的影响；（3）基于以上的发现，设计了以富电性的三苯胺为内核的C3对称组装基元，利用该不发光的基元与葫芦脲[8]在水中自组装形成具有蜂窝状结构的单层二维超分子有机框架产生强荧光发射的特性，进一步获得了可在众多硝基化合物中高选择性、高灵敏度地识别苦味酸的二维化学传感器；（4）基于葫芦脲[8]包结增强供体-受体作用构筑了“刚-柔”型超分子共聚物，这一rod-coil型超分子共聚物表现出有趣的形貌-浓度依赖效应；（5）基于葫芦脲[8]包结增强供体-受体作用首次构筑了超分子聚合物刷，这些研究对增加超分子聚合物的结构多样性及其功能和应用的挖掘有积极的意义。