超分子聚合物制备新方法:超分子单体的共价聚合

超分子聚合物是超分子化学与高分子化学交叉的前沿研究领域,近年来受到了国内外研究学者的广泛关注.可控制备超分子聚合物对于研究超分子聚合物的结构与性能关系、设计合成特定功能的超分子聚合物具有重要的意义.本文将总结通过超分子单体的共价聚合反应以制备超分子聚合物的方法.不同于传统的制备超分子聚合物的方法,超分子单体的共价聚合方法将不易调控的非共价聚合转化为可控的共价聚合,为实现超分子聚合物的可控制备提供了新思路.     

氟哌酸分子印迹共混膜的制备及结构表征

以氟哌酸为模板分子,α-甲基丙烯酸为功能单体,三甲氧基丙烷三甲基丙烯酸酯为交联剂,利用本体聚合方法制备了具有特异选择性的氟哌酸分子印迹聚合物,并利用聚砜与氟哌酸分子印迹聚合物共混的方法制备了分子印迹聚合物膜.运用红外光谱分析和透射电子显微镜研究了氟哌酸分子印迹聚合物的结构.运用扫描电子显微镜研究了分子识别膜的机理和吸附性能,运用平衡结合实验法证明了分子识别膜对氟哌酸表现出了较高的选择性.     

聚集诱导发光分子寡聚体研究进展

分子聚集行为与细胞内多种代谢过程息息相关,如细胞衰老过程中色斑形成,Aβ肽在阿尔茨海默病病人的脑中聚集行为等.定量化的研究分子聚集效应对于研究分子间的弱相互作用,分子聚集成核过程至关重要.目前,针对聚集效应初期分子寡聚体形成过程的研究仍然处于初期阶段.聚集诱导发光(aggregation-induced emission,AIE)为研究分子聚集行为提供了一种直观、便捷的策略.但是,由于聚集过程的难以精细控制,定量化描述聚集分子数目与发光行为的关系仍然是巨大的挑战.本综述对近期制备聚集诱导发光分子寡聚体的工作进行汇总.根据形成分子寡聚体的作用力的不同,将目前构建荧光分子寡聚体方法分为以下4类:化学成键作用、主客体相互作用、DNA限域作用和微纳空间限域作用.进一步地,还讨论了分子聚集体的发光行为.通过本综述,有望推动AIE分子寡聚体发光性质的量化研究并为研究分子聚集成核过程带来一定的启示.     

茂铁类单分子结电子传输性质的研究进展

分子导线是构成分子器件的关键部分,它的发展有望解决未来将要面临的电子器件尺寸即将达到理论极限而无法满足人们更高需求的问题.茂铁类分子凭借优秀的物理、化学性质被广泛应用于非线性光学、分子电子学等领域.在过去的十多年里,茂铁基团的引入构建了多种结构新颖的分子导线,为单分子器件的基础研究做出了巨大贡献.然而对于茂铁类分子导线的研究,大多集中于其异茂环取代的衍生物,同茂环取代的衍生物因合成较为困难,并没有受到研究者们的关注.根据分子的结构特征,将茂铁类分子导线分为π共轭型与非π共轭型两大类.以分子的构效关系为主线,对近十几年来茂铁类单分子结电子传输性质方面的工作进行了概括与总结,期望为未来茂铁类分子导线的研究提供借鉴.     

二氧化碳/环氧丙烷/γ-丁内酯三元共聚物结构与载药性能的分子模拟

基于Compass力场,利用Materials Studio工作站对二氧化碳/环氧丙烷/γ-丁内酯三元共聚物(PPCG)分子的微观结构与宏观性质间的关系进行了分子模拟研究.通过模拟可知,PPCG分子链为柔性线形分子,易水解的碳酸酯和羧酸酯基团分布于PPCG单元的外部,并且PPCG单元中存在微相分离结构.通过对PPCG与药物分子咖啡因相互作用的分子模拟和计算,进一步了解咖啡因分子是选择性地分布到CO2结构单元的区域中,而在GBL区域无分布.因此可利用PPCG的微相分离结构实现药物分子的自组装,这一研究结果对此类载体中药物分子的自组装行为研究奠定了理论基础.模拟研究结果不仅与实验结论相符合,为分子微观结构与宏观性质间的关系提供了清晰的阐述,而且为进一步探讨载体与药物分子间的相互作用奠定了理论基础.     

基于分子间相互作用的纳米尺度分子传递

纳米尺度下的分子传递是以纳米先进材料为导向的材料化学工程学科所面临的关键科学问题之一.借鉴分子热力学的建模研究思路研究分子传递,从分子之间相互作用出发,结合分子模拟技术,有望最终建立理论模型,实现分子传递的定量预测.本文通过几个研究实例初步探索了如何从分子间相互作用出发开展纳米尺度下分子传递的研究,利用分子模拟手段解析纳米尺度下特殊的微结构,并以此为基础进而实现对分子传递行为的调控和预测,指导具有丰富纳米结构的膜材料以及催化材料的设计和应用.     

分枝结构对以N为耦合中心的多分枝分子的双光子吸收性质的影响

采用ZINDO/SOS方法,研究了以N原子为耦合中心,以二苯乙烯类、噻吩类和芴类分子作为分枝的分子的双光子吸收性质,从而研究了分枝结构对多分枝分子的双光子吸收性质的影响.结果表明分枝结构会影响分枝之间耦合作用的强弱,因而对分子的双光子吸收性质具有重要影响.所设计的分子中以二苯乙烯类和噻吩类分子作为分枝的多分枝分子具有较大的双光子吸收截面.     

超两亲分子:可控组装与解组装

与基于共价键的两亲性分子相对照,超两亲分子系指基于非共价键构筑的两亲分子.基于超分子体系的分子工程学的思想,本文总结了超两亲分子的各种类型,包括小分子型、聚合物型和响应性超两亲分子等,以及组装超两亲分子的各种推动力,如主客体相互作用、基于电荷转移作用和不同分子间的协同作用等.研究表明,超两亲分子的研究既可丰富传统的胶体界面化学,又为高级结构的可控组装提供了新的构筑基元,并为制备功能超分子材料开拓了新的途径.     

对羟基苯乙酮分子印迹聚合物的制备及性能研究

采用分子印迹技术,以对羟基苯乙酮为模板分子,丙烯酰胺为功能单体,乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂,合成了对模板分子对羟基苯乙酮具有良好选择性的印迹聚合物.通过静态平衡结合法以及Scatchard分析法研究了该聚合物的结合能力和选择性能.结果表明,该印迹聚合物平衡离解常数Kd=0.415 mmol/L,最大表观结合量Qmax=144.79 μmol/g.红外光谱研究表明聚合物中存在着与模板分子相互作用的特征基团.     

吡啶基客体分子对枝状分子表面线状模板的选择性调节

利用扫描隧道显微术(STM)研究了枝状分子BIC3与4,4′-联吡啶(BP),吡啶乙炔撑衍生物(PE3,PE4)等分子在石墨表面的二元共组装结构.BIC3分子能够在端基为吡啶基的客体分子诱导下,形成柔性线状分子模板,并捕捉客体分子形成线状主客体结构.通过选择客体分子结构,可选择性调节BIC3主体模板结构及最终的主客体二元结构.例如,客体分子吡啶端基的间距决定BIC3-吡啶基分子主客体结构中的氢键作用方式,而客体分子侧向宽度及吡啶环的数目影响线状主客体结构的条垄间距和分子比例.研究结果为可控构筑线状主客体纳米结构,实现表面自组装结构的功能性提供了思路.     

枝状分子表面组装结构的形成与结构转变

本文是对近期有关枝状分子在石墨表面吸附组装研究的综述.利用扫描隧道显微技术,系统研究了5-甲氧基间苯二酸类枝状分子在石墨表面组装结构的形成及结构转变,发现虽然该类枝状分子大都可以在石墨表面自发有序组装,但是最终形成的组装结构不仅与分子本身结构例如烷基链的数目有关,与分子浓度有关,还与所用溶剂有关.分子浓度和溶剂的变化,影响组装体系内的相互作用力如分子与基底间的作用力、分子间氢键的作用力等,影响分子迁移和结构转变的动力学过程,从而影响枝状分子组装的最终结构.研究揭示了特定体系中枝状分子组装结构与分子浓度、所用溶剂的定量和定性关系.研究结果有助于认识和掌握枝状分子组装规律,进而可以通过改变相关技术参数,调控得到不同的枝状分子表面组装体,为实现可控构筑分子表面组装结构提供了新的思路.     

金属配合物分子纳米结构构筑与调控的STM研究进展

金属配合物分子具有结构多样且可控以及功能丰富等特点,在催化、传感、分子识别、纳米器件等领域得到广泛应用, 对金属配合物分子的研究已是分子科学研究中的热点之一.同时, 利用配合物分子构筑表面分子纳米结构以及对配合物单分子性质的研究也日趋活跃. 近年来, 本研究组发展了配合物分子在固体表面的自组装技术, 并结合扫描隧道显微技术(STM)开展了一系列有关金属配合物分子表面纳米结构的研究工作, 在固体表面成功实现了对配体、配合物分子的高分辨STM成像、原位配合以及分子识别, 设计和构筑了多种功能配合物分子纳米结构,并系统研究了结构形成规律. 本文以本研究组近年来有关金属配合物分子组装的研究结果为主, 结合国内外相关研究小组的研究结果,综述有关金属配合物分子纳米结构的构筑与调控的STM研究进展, 介绍该类分子在固体表面的组装和分散规律, 为表面分子纳米结构的构筑和调控提供理论和实验基础.     

农药丙溴磷分子印迹聚合物微球的制备与结合性能研究

采用分子印迹技术,以丙溴磷为模板分子,分别以α-甲基丙烯酸和丙烯酰胺为功能单体,在乙腈溶液中合成了2种对丙溴磷具有选择性结合能力的分子印迹聚合物.紫外光度法研究表明,模板分子丙溴磷与α-甲基丙烯酸之间的作用强于其与丙烯酰胺之间的作用;扫描电镜的研究则表明以α-甲基丙烯酸为功能单体合成的分子印迹聚合物呈微球形,粒径约为0.5 ～2 μm;利用平衡结合实验研究了不同功能单体制备的聚合物对模板分子的结合能力及其对底物的选择性,经Scatchard模型分析,求出了聚合物的最大表观结合量(Qmax)和平衡离解常数(Kd)分别为49.44 μmol/g 和1.05 mmol/L.研究表明以α-甲基丙烯酸为功能单体合成的分子印迹聚合物对丙溴磷表现出更强的结合能力和更高的选择性.     

以改性松香为交联剂的盐酸川芎嗪分子印迹聚合物吸附性能研究

以盐酸川芎嗪为模板分子,丙烯酸为功能单体,改性松香(马来松香乙二醇丙烯酸酯)为交联剂,采用水溶液悬浮聚合法合成了具有松香骨架的盐酸川芎嗪分子印迹聚合物(MIP).研究了该MIP对盐酸川芎嗪的平衡吸附条件.利用高效液相色谱法对盐酸川芎嗪分子印迹聚合物特征吸附性及选择吸附性进行了研究.结果表明,该MIP对模板分子盐酸川芎嗪具有良好的特征吸附及选择吸附性能.为天然药物中分离富集纯化生物碱类活性成分川芎嗪提供了一种新型材料.     

药物氟哌酸分子印迹聚合物膜的制备及其渗透性质研究

以聚偏氟乙烯微孔滤膜为支撑膜,氟哌酸为模板分子,用紫外光引发原位聚合方法制备了分子印迹聚合物膜.研究了模板分子与功能单体之间的相互作用,用扫描电镜表征了膜的表面形貌.混合底物渗透实验结果表明,分子印迹聚合物膜中存在着由形状和功能基团均与模板分子氟哌酸相互补的孔穴组成的通道,该通道可选择性地富集底物分子.     

单分子结的构筑及分子电导性质的测试

分子电子学已成为21世纪研究的热点. 通过将具有特定功能的分子连接在纳米尺度金属电极之间从而构筑包括分子导线、开关、整流器在内的各种分子尺度电子器件, 这引起了科学家们广泛的研究兴趣. 在分子电子学研究中, 构筑金属/分子/金属(MMM)分子结是研究分子器件中电子传输性质的关键. 尽管已经取得了很大的进展, 目前在纳米尺度下构筑稳定可靠的MMM分子结并测试单个分子的电学性质仍然面临很多挑战. 本文着重对单分子电学性质的测试技术和相关理论研究的最新进展以及存在的挑战做了概述.     

双光子吸收材料的分子设计研究

介绍了双光子吸收材料分子设计原理.为了设计有大的双光子吸收响应的材料,对多种分子进行了系统的理论研究.用量子化学密度泛函理论和AM1方法进行分子几何构型优化.在优化结构的基础上,用ZINDO和自编程序求得分子的单、双光子吸收性质.设计了一些未知化合物,以期为合成新的具有大的双光子吸收截面的材料提供理论根据.以双层二聚二甲苯邻甲酸衍生物、铂乙炔化物、卟啉衍生物、C60、C70、八极矩分子为例,报道了我们在这方面的研究结果.     

分子模拟-活性自由基聚合法制备山奈酚分子印迹整体柱及其性能评价

通过分子模拟研究模板分子与功能单体的相互作用,可以缩短优化时间,为选取合适的功能单体以及模板分子/功能单体比例提供依据.本研究以山奈酚为模板分子,通过分子模拟优化实验条件,确定以甲基丙烯酸(MAA)为最优的功能单体,山奈酚/MAA最佳比例为1∶4 (w/w).此外,以二苄基三硫代碳酸酯(DBTTC)为可逆加成-链断裂转移剂,乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)为交联剂,实现了仅需优化引发剂和可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)试剂即可制得性能优异的山奈酚分子印迹整体柱.此整体柱对山奈酚和相似物槲皮素的分离度为1.52,相对标准偏差为1.8%.实验结果表明,分子模拟计算简化了实验步骤,以DBTTC为RAFT试剂得到了具有更好形态和结构的分子印迹整体柱.     

以三亚吡嗪为中心的有机共轭分子的二阶NLO性质研究

采用密度泛函理论B3LYP/6-311G**方法,对一系列以三亚吡嗪为中心的有机共轭分子的二阶NLO性质和电子光谱进行了理论研究.结果表明,取代基推、拉电子能力的变化、相对数目及共轭桥的性质对研究分子的极化率及二阶NLO系数都有较大的影响.当研究分子以甲氨基为供体、以三氰基乙烯为受体、并以C=C双键为共轭桥时,显示了较大的二阶NLO活性和良好透光性的优化.该系列分子在NLO材料领域有较好的潜在应用价值.     

中国超分子聚合物的研究与动态

超分子聚合物是高分子科学与超分子科学交叉的研究方向.超分子聚合物的研究在中国引起了学术界的广泛兴趣,中国的学者们对推动此研究领域的发展做出了贡献,并在新的超分子聚合方法、可控超分子聚合以及功能超分子聚合物等方面取得了一系列重要的创新成果.本文总结和评述了中国超分子聚合物的研究与动态,并展望了超分子聚合物化学、超分子聚合物物理、超分子聚合物表征及功能超分子聚合物的未来发展.