光学活性偶氮苯自组装膜的制备及其蛋白吸附行为

研究了在紫外光作用下, 牛血清白蛋白(BSA)在偶氮苯自组装膜上光控可逆的吸附行为. 首先合成羧基偶氮苯衍生物, 并在金膜表面制备偶氮苯自组装膜, 采用紫外吸收光谱(UV)、原子力显微镜(AFM)观察偶氮苯衍生物的光学顺反异构现象以及偶氮苯自组装膜表面形貌的变化. 同时利用等离子体表面谐振仪(SPR)考察偶氮苯光学异构对牛血清白蛋白(BSA)在自组装膜表面上的吸附行为的影响. 结果表明, BSA在偶氮苯自组装膜表面的吸附作用主要来自于BSA分子与自组装膜之间的静电作用及亲疏水作用. 在紫外光作用下, 偶氮苯自组装膜可以实现光控可逆的牛血清白蛋白分子吸附行为.     

偶氮苯类DNA纳米机器

具备光致异构性及乏氧响应性的偶氮苯为构建DNA纳米机器提供了动态响应元件. 然而, 受限于偶氮苯类化合物有限的光异构化反应, 偶氮苯类DNA纳米机器的构建与应用仍然面临着巨大的挑战. 本文梳理了基于偶氮苯的DNA纳米机器的构建方式及相应优缺点, 总结了可见光响应的偶氮苯类DNA纳米机器的设计规则, 并进一步综合评述了偶氮苯类DNA纳米机器在调控酶活性、 物质运输和机械运动等方面的应用. 本文有望推动开发更灵活的偶氮苯与DNA的偶联方式, 并为偶氮苯类DNA纳米机器在生物医学上的应用带来一定启示.     

硝基苯在离子液体EMimBF4中的选择性电还原

采用循环伏安法和恒电位电解法研究了离子液体EMimBF4中硝基苯在微铂电极上的选择性电还原特性. 研究结果表明, 硝基苯在铂电极上的电还原反应为双分子八电子三步骤电化学过程: 第一步反应为准可逆单电子转移步骤, 产生阴离子自由基; 第二步为二电子转移步骤, 并伴有随后的双分子不可逆自由基偶合反应和快速质子化及脱水反应, 主要产物为氧化偶氮苯; 第三步是二电子转移产生偶氮苯的过程. 通过控制电位, 可以选择性地合成氧化偶氮苯和偶氮苯; 在EMimBF4中, 硝基苯和水的浓度变化对电化学行为产生较大影响.     

偶氮苯类衍生物材料性质及其研究进展

光可在不接触的条件下作用于材料,因此光是一种理想的触发机制并可以选择性、非破坏性和远程激活的施加外部刺激.偶氮苯类化合物作为一种芳香偶氮化合物染料分子,能够在不同光照下产生异构效应,并且芳香偶氮化合物分子具有可逆的异构体,这种基于不同波长导致的构型变化可使偶氮苯类化合物产生微观与宏观上的运动.基于这种宏观机械变形和可逆...     

偶氮苯作用的核酸开关在生物体内的可逆光调控

随着人们对偶氮苯分子光异构化机理和特性认识的深入,偶氮苯在核酸分子中的引入及其相关过程的可逆调控也受到了大量关注.偶氮苯分子作为光响应元件不仅用于合成智能材料或分子机器,而且正迅速渗透到化学生物学体系的分析和调控.考虑到核酸分子包含的信息多样性,小分子偶氮化合物引入到核酸分子中,可实现开关核酸的结构、RNA沉默、基因表达、适配体识别、酶活性等,也可用作核酸探针了解结构信息和分子之间的作用机理.因而,功能核酸的光可逆调控及其在生物领域中的应用,成为核酸化学领域的热门课题.本文主要阐述了偶氮苯与核酸结合的4种不同方式的设计原理及特点,通过筛选一些有代表性的例子,介绍偶氮苯类光敏分子的光异构化性能及其对核酸结构和功能的可逆调控在生物领域的研究进展,并列举出现阶段可能存在的问题,及对未来的发展前景进行展望.     

含偶氮苯侧链两亲性交替共聚物的合成及自组装

通过叠氮-炔点击化学反应,合成了一种新型的偶氮苯侧链两亲交替共聚物聚(三缩四乙二醇-偶氮苯二乙胺)[P(EG_4-a-NAzo)],其中三缩四乙二醇(EG_4)链段为亲水链段,偶氮苯二乙胺(NAzo)链段是疏水链段.光致异构化研究发现,由于特殊的交替拓扑结构,P(EG_4-a-NAzo)胶束状态不产生有序的偶氮苯堆叠.P(EG_4-a-NAzo)可以在低浓度溶液中组装为蠕虫状聚集体.这种新型的偶氮苯共聚物为光功能性聚合物的分子设计提供了新的思路.     

含偶氮苯主-客体复合物的光致异构化反应对结合能与几何构象的影响（英文）

在分子尺度上构建光驱动的人工分子机器是超分子化学研究的一个热点。偶氮苯是一类具有双稳态的光致开关分子,能够完成高效、可逆的反式(E)→顺式(Z)的光致异构化过程,因而可以作为人工分子机器的功能单元。本文采用密度泛函理论(DFT)和反应分子动力学(RMD)模拟,研究了含偶氮苯封端基团的互锁型超分子体系中冠醚主体与二烷基铵客体间结合强度,模拟了偶氮苯Z→E异构化反应的动态过程,讨论了异构化反应对主客体分子构象的影响。在偶氮苯封端基团通过发生Z→E异构化实现体系单向可控运动时,较强的主-客体间结合能力是保证互锁型超分子体系稳定的必要前提。顺式客体与主体大环氢键相互作用比反式客体更强,因此顺式复合异构体具有比反式异构体更大的结合强度。偶氮苯基团发生E→Z光致异构化引入位阻效应,使得顺式复合物只能从环戊基准封端处进行脱环。主客体复合过程对偶氮苯基团的几何结构没有明显影响。偶氮苯光致异构化发生的速度快于客体脱环的速度是实现单向运动的动力学上的必要条件。在异构化反应后的500 ps内,大环会经历一个明显的结构驰豫过程。冠醚大环主体的柔性构象有助于实现在偶氮苯光致异构化发生过程中主客体间持续稳定的结合。各种超分子体系中,尽管客体组成各不相同,但是包含相似的主客体识别位点的超分子体系具有相似的结合能,显示了机械互锁型复合体系中各种功能性构建单元间主客体相互作用具有正交性。引入双稳态的偶氮苯功能基团对客体其他部分的几何结构影响很小。理论计算结果有助于理性设计更复杂的刺激响应性人工分子机器。     

为光调控核酸结构设计合成偶氮分子开关

为了设计高效稳定的偶氮分子开关,本文合成了一系列偶氮分子,并对其性质进行了鉴定。实验结果表明,在偶氮苯分子的对位或间位引入诱导拉电子基团可以得到好的分子开关。然后,本文设计合成了3,3’-二甲羟基偶氮苯并将其引入核酸序列中,发现这个偶氮分子开关可以有效的可逆光调控发卡构型核酸的结构,并且它的顺式构型在生理温度下具有很好的热稳定性。     

基于偶氮苯的光开关分子探针与传感芯片研究进展

随着人们对偶氮苯光致异构化反应机制和特性的研究和认识越来越深入透彻,偶氮苯衍生物无论是在理论上还是在实验方面都受到了大量的关注。近年来,偶氮苯衍生物作为光开关响应的功能元件不仅已经用于合成智能聚合物,液晶材料,分子开关和分子机器等,而且正迅速地渗透到化学生物学体系研究和分析的各个方面。因此,本文将着重就基于偶氮苯衍生物功能化的光开关型分子探针与传感芯片及其在化学生物学分析研究方面所取得的最新进展进行总结和综述。引用103篇文献,并对未来的发展前景进行了展望。     

偶氮共轭聚合物光电特性研究进展

芳香环或杂环通过NN双键连接形成的化合物如偶氮苯、偶氮吡咯等具有π共轭结构,此类分子有顺反两种构型,他们可以在光照条件下相互转换。分子构型转变会影响电子的共轭程度及其离域特性,因此含环结构的偶氮共轭分子具有光调制特性。反式偶氮苯分子为平面结构,顺式构型分子两个苯环有一定角度的扭转分子不在同一平面,实验和理论计算结果表明偶氮苯分子的键长、键角等受溶剂和取代基影响;光照可以实现偶氮苯分子的导电性改变,目前认为其导电性改变的原因主要是光致顺反异构而改变分子尺寸而引起。通过氮氮双键连接的杂环共轭分子能显著地降低分子的能隙,并使共轭化合物在更宽的波长范围内有强吸收,能提高太阳能光伏电池的转换效率,是理想的有机光伏材料。文章还对偶氮共轭聚合物的合成方法做了介绍,分析了含偶氮结构的共轭聚合物的光相应研究现状及其未来发展趋势。     

含偶氮苯主-客体复合物的光致异构化反应对结合能与几何构象的影响

在分子尺度上构建光驱动的人工分子机器是超分子化学研究的一个热点。偶氮苯是一类具有双稳态的光致开关分子,能够完成高效、可逆的反式(E)$\to $顺式(Z)的光致异构化过程,因而可以作为人工分子机器的功能单元。本文采用密度泛函理论(DFT)和反应分子动力学(RMD)模拟,研究了含偶氮苯封端基团的互锁型超分子体系中冠醚主体与二烷基铵客体间结合强度,模拟了偶氮苯Z$\to $E异构化反应的动态过程,讨论了异构化反应对主客体分子构象的影响。在偶氮苯封端基团通过发生Z$\to $E异构化实现体系单向可控运动时,较强的主-客体间结合能力是保证互锁型超分子体系稳定的必要前提。顺式客体与主体大环氢键相互作用比反式客体更强,因此顺式复合异构体具有比反式异构体更大的结合强度。偶氮苯基团发生E$\to $Z光致异构化引入位阻效应,使得顺式复合物只能从环戊基准封端处进行脱环。主客体复合过程对偶氮苯基团的几何结构没有明显影响。偶氮苯光致异构化发生的速度快于客体脱环的速度是实现单向运动的动力学上的必要条件。在异构化反应后的500 ps内,大环会经历一个明显的结构驰豫过程。冠醚大环主体的柔性构象有助于实现在偶氮苯光致异构化发生过程中主客体间持续稳定的结合。各种超分子体系中,尽管客体组成各不相同,但是包含相似的主客体识别位点的超分子体系具有相似的结合能,显示了机械互锁型复合体系中各种功能性构建单元间主客体相互作用具有正交性。引入双稳态的偶氮苯功能基团对客体其他部分的几何结构影响很小。理论计算结果有助于理性设计更复杂的刺激响应性人工分子机器。     

全偶氮苯官能化树枝状聚合物的合成

以4-羧基-4'-(1, 2-丙二醇醚)-偶氮苯为AB2单体, 由4-羧基-4'-正丁基醚-偶氮苯出发, 采用收敛法合成了以偶氮苯为结构单元的新型树枝状聚合物, NMR, GPC和 MALDI-TOF-MS的测试结果表明, 合成的树枝状分子具有规整的分子结构和单分散的分子量分布.     

光敏季铵盐Gemini表面活性剂a4-6-m在气/液界面的吸附

合成了3种不对称结构的季铵盐Gemini表面活性剂a4-6-m, 分子的一根疏水链是偶氮苯为端基的4个亚甲基链, 另一根是不同长度的脂肪链(m=12, 14, 16). 研究结果表明, 反式偶氮苯封端的a4-6-m在气/液界面上以直立方式排列, 偶氮苯端基间的π-π相互作用导致吸附分子较为紧密地排列, 但吸附层外表面含有偶氮苯成分使临界胶束浓度(cmc)时的表面张力(γcmc)较大. 紫外光激发使反式结构偶氮苯变为顺式结构, 这些极性较强的顺式偶氮苯夹杂在直立的烷烃链间, 增强的偶极-偶极相互作用促进了分子紧密排列, 使分子占据面积(Amin)略微减小. 增长脂肪链长度有助于降低临界胶团浓度和C20(使水的表面张力降低20 mN·m-1时所需的表面活性剂浓度), 但对γcmc影响不大.     

巯基偶氮苯单分子电子传输的取代基效应

用密度泛函理论B3LYP/6-31G**计算巯基偶氮苯分子及分子离子的空间构型和电子结构, 研究取代基对巯基偶氮苯单分子电子传输的影响. 结果表明, 拉电子基(—COOH、—NO2)的引入, 可以提高巯基偶氮苯单分子电子传输体系的稳定性, 使体系LUMO的离域性增高、S原子反应活性增强、HOMO-LUMO能隙显著减小, 进而降低电子传输能垒, 有利于分子电子传输. 相同取代基的分子离子比分子具有更小的HOMO-LUMO能隙, S—Au键更易形成, 金属-分子-金属结构的电子传输性更强.     

基于快速热释放功能的相变偶氮苯/织物复合材料

针对偶氮基光敏分子存在放热速率慢和温度难以控制的难点,在分子结构设计基础上,采用氧化偶合法制备了具有固-液相变功能的4,4′-对-二正己基偶氮苯(AZO-L6).由于分子间作用力较低,偶氮苯分子呈现低熔、快异构化的特点,在发生反-顺异构化转变时大幅降低分子的熔点.固-液相变过程实现了光热能和相变焓的存储,在结构回复时同时放出储存的能量(231.8 kJ/kg),并将相变偶氮苯应用于可穿戴聚合物复合织物中.结果显示储能后的相变偶氮苯分子在蓝光(440 nm)刺激下在60 s内可将材料温度提升0.8℃,获得了具有自加热功能的可穿戴复合织物,为探索多功能自保温可穿戴装置提供了研究思路.     

硝基苯在离子液体BMimBF4-H2O中的电还原

采用循环伏安法和恒电位电解法研究了离子液体BMimBF4-H2O 中硝基苯在微铂电极上的电还原特性. 实验表明, 在BMimBF4中, 随着硝基苯和水的浓度变化, 循环伏安曲线的峰电位和峰电流呈现复杂的变化规律; 硝基苯在铂电极上的电还原反应为双分子8 电子3 步骤电化学过程, 第一步反应为准可逆单分子单电子转移步骤, 产生阴离子自由基, 第二步为2 电子转移步骤, 并伴有随后的双分子不可逆自由基偶合化学反应, 主要产物为氧化偶氮苯, 第三步是2 电子转移产生偶氮苯的过程.     

偶氮苯超分子聚合物有序多孔膜的制备与定向光调控

两亲性嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚(4-乙烯基吡啶)(PS-b-P4VP)中,吡啶的氮原子能够与4'-碘-4-二甲氨基偶氮苯(IAzo)的碘原子以卤键结合,从而构筑超分子聚合物.通过静态呼吸图法制备了含偶氮苯的PS-b-P4VP超分子聚合物PS-b-P4VP(IAzo)x蜂窝状有序多孔膜,并详细研究了IAzo的含量及光照条件对孔尺寸和形貌的影响.通过红外光谱、扫描电镜等表征手段对PS-b-P4VP(IAzo)x的制备及成膜的表面和断面形貌进行了研究.结果表明,随IAzo含量的增加,超分子聚合物多孔膜的孔径逐渐增大.此外,由于偶氮苯的光致形变特性,在线性偏振光照射下,多孔膜的圆孔可以转变为矩形孔或菱形孔.增加偶氮苯含量,能够加快形变速度.提出了简单新颖的光响应超分子聚合物制备方法,并成功地实现了孔结构的光调控,为可控表面图案的设计和应用提供了新的解决思路.     

微悬臂生物传感器检测生物素-亲和素相互作用

将生物素共价键合到微悬臂的硅表面, 利用微悬臂传感技术在流动注样条件下研究了生物素-亲和素的动态作用过程, 同时利用原子力显微镜(AFM)力刻蚀技术验证了生物素化硅表面结合亲和素的有效性. 结果显示亲和素与生物素作用产生较大的表面应力驱动微悬臂偏转, 悬臂偏转的程度和速率与亲和素的浓度相关, 亲和素浓度越大, 微悬臂偏转程度也越大, 同时反应速率也更快. 这项工作为开发新型的无标记检测技术, 研究生物分子之间相互作用提供了有益的探索.     

含偶氮苯基元联酰胺衍生物的有机凝胶和光响应性质

设计合成了具有不同末端烷基链长度的偶氮苯类联酰胺衍生物N-(3,4-n-氧基苯基)-N'-4-(偶氮苯基)苯甲酰肼(Dn,n=7,8,10).Dn可以形成稳定的有机凝胶,末端烷基链增加有利于提高凝胶能力和热力学稳定性.凝胶形成的驱动力主要为联酰胺基团间的分子间氢键以及偶氮苯基团间的π-π相互作用和烷基链间的范德华力.在紫外光照射下,Dn中的反式偶氮苯向顺式转化,并且在溶液中的光响应性非常显著,但凝胶态下偶氮苯的光致顺反异构不能诱导凝胶-溶胶的转变.     

偶氮苯聚合物的光控图案化

将自组装得到的聚苯乙烯胶体晶体,利用反应离子刻蚀和软刻蚀法复形到偶氮苯聚合物膜表面,获得六方非紧密排列的偶氮苯聚合物半球状阵列微图案膜。采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)和接触角测量仪等对膜的微阵列结构和表面润湿性能进行了表征。研究了光照对膜微图案结构和润湿性能的影响。结果表明:基于偶氮苯基团的光致取向特性,偶氮苯聚合物膜的微图案在偏振光照射下,可由初始的半球状阵列微结构形变成纺锤状和椭球状等结构,这种微结构的改变可以改变膜表面润湿性,实现偶氮苯聚合物膜表面不同微图案和润湿性能的光照调控。