端基附壁高分子链的构象统计理论——Ⅱ.SAW尾形链

研究了SAW尾形链,采用精确计数和Monte Carlo模拟方法求得d维(d=2,3)SAW尾形链的构象数C_1~d和均方末端距[h_1~d(N)]~2及其分量随链长N的变化关系.发现它们与自由SAW链一样都服从标度律,从模拟数据拟合求出了这些SAW尾形链的临界指数.还表明短链SAW在壁的法向与NRW尾形链一样有所伸展,均方末端距的法向分量几乎是平行分量的2倍;但随N→∞,链自回避效应对壁的作用有所屏蔽,这与NRW尾形链有明显不同.     

近壁模型高分子链的计算机模拟

采用简立方格点上的普通无规行走 (NRW)和自避行走 (SAW )为模型链 ,研究了不可穿透的刚性壁附近高分子的构象性质 ,得出近壁链的构象熵和尺寸随一端点与壁之间距离z0 的变化 .所用的计算机模拟技术包括精确计数和MonteCarlo模拟 .数值结果表明 ,近壁链的构象熵降低遵循一种简单规律 ,即当链长愈长或一端愈接近于壁时 ,与长度相同的自由链相比 ,链因壁限制所致构象熵的降低愈大 .当链十分接近于壁时 ,其均方末端距〈R2 〉(尤其是与壁垂直的分量〈R2z〉)大于自由链的相应值 ;随z0 增大 ,〈R2 〉及〈R2z〉开始减小 ,通过某一极小值 ,然后上升 ;当z0 →∞时 ,趋于自由链的极限值 .换言之 ,近壁模型链的线团经历一个收缩再逐渐扩张的过程     

端基附壁模型聚合物环形链的构象统计理论

环形链定义为两个端基均附壁的线形聚合物链所得的环 .采用精确计数和蒙特卡罗模拟方法 ,研究了自回避行走 (SAW)模型表示的环形链的构象 ,求得构象数和均方回转半径随链长的变化 .对于二维和三维SAW环形链 ,精确计数的最大链长分别为N =2 9和 1 9.用标度理论处理了数值结果 ,所得的标度指数和其他参数与理论预示值进行了比较 .模拟结果表明 ,SAW环形链限制壁平行方向的尺寸大于垂直方向的尺寸 ,与SAW尾形链尺寸的变化正好相反 .     

平行板间高分子链构象熵的动力学Monte Carlo模拟

用动力学Monte Carlo方法模拟了受限于两平行板之间的高分子链,并用扫描法计算了链的构象熵S,研究了构象熵相对于自由链的减小量(S0-S)与平行板间距D和高分子链长n的关系.结果证实了de Gennes的自由能标度关系,并给出了标度关系适用的范围.当D非常小时,高分子链受到强烈限制,S0-S与n成正比,表明单链节受到平行板的平均排斥作用力与链长无关.随着D增大,平行板对构象熵的影响越来越弱,单链节受到平行板的平均排斥作用力随链长的增长而增大.当D比较大时,平行板对构象熵的影响近似可以忽略,高分子链构象熵与自由空间中的结果一致.     

N-烷基化聚对苯二甲酰对苯二胺梳状高分子中烷基侧链对刚性主链堆积行为的影响

基于聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA), 采用N-烷基化方法制备了系列PPTACns(烷基侧链碳原子数n=8, 10, 12, 14, 16, 18)刚性主链梳状高分子, 利用DSC, XRD和FTIR等方法研究了其主链堆积行为、 分子链构象及热性能等与烷基侧链长度及结晶特性之间的关系. XRD和DSC结果表明, 当烷基侧链碳原子数达到14时, 烷基侧链发生结晶. XRD结果显示, PPTACns具有层状结构, 烷基侧链长度对主链层间距影响显著. FTIR研究发现, 烷基侧链的聚集状态对PPTACns分子链的构象产生较大影响, 伴随着烷基侧链结晶的熔融, PPTACns的分子链构象发生显著改变. 烷基侧链处于熔融状态的PPTACns的ν_C=O和γ_C-H谱带峰位与烷基侧链不结晶的PPTACn接近.     

二维HP格点模型中的紧密高分子链构象及其热力学性质的研究

采用二维HP模型用精确计数法和MonteCarlo方法研究了链长为N(≤ 2 2 )的紧密高分子链的构象和热力学性质 .发现不同HP序列的紧密高分子链的平均自由能和平均配分函数与链长N存在关系 :〈F〉=aN+b ,　ln〈Z〉=a′N +b′ .同时发现对于可折叠成基态且简并度为 1的紧密高分子链 ,其平均自由能和平均配分函数与链长N也存在相似的关系 .在HP模型中对于链长为N的紧密高分子链 ,存在着 2 N + 1 个不同的HP序列 .我们发现可以折叠成基态且简并度为 1的蛋白质分子的HP序列数目NS 为NS =a× 2 N+ 1 　 (a =0 0 2 5 ) ,对应的HP序列中 ,疏水基团 (H)数目的含量为 4 0 %～ 6 0 %的序列出现的几率最大 .同时在这些紧密高分子链中有些具有相同的结构 ,发现结构的‘简并度’为 3 3～ 4 0 (10≤N≤ 16 ) .在紧密高分子链折叠过程中 ,折叠的初期能量下降比较快 ,折叠的中期能量下降比较缓慢 ,折叠的后期能量下降也是比较快     

环形侧链聚合物刷的合成与表征

通过grafting-onto方法合成高侧链接枝密度的环形侧链聚合物刷并进行结构表征.先通过开环易位聚合(ROMP)制备带有炔基侧基的线形聚降冰片烯衍生物主链(l-PND),通过原子转移自由基聚合(ATRP)和铜催化的叠氮-炔环加成(Cu AAC)反应制备带有一个叠氮基的环形聚丙烯酸叔丁酯侧链(c-Pt BA),再利用Cu AAC反应将环形侧链高密度地接入主链,得到环形侧链聚合物刷.通过核磁氢谱(1H-NMR)、凝胶渗透色谱(GPC)和红外光谱(IR)对聚合物主/侧链及聚合物刷的结构和组成进行了表征.该聚合物刷主链聚合度为400,高接枝密度的环形侧链使主链构象伸展.聚合物刷在原子力显微镜(AFM)下呈单分子蠕虫形貌(柱状形貌),分子长度为200 nm,直径为30 nm.     

高分子链构象分布的直接观察

在动态光散射 (LLS)中 ,可以通过测定时间相关函数得到给定样品的线宽分布G(Γ) .对于刚性的胶体粒子 ,G(Γ)和流体力学尺寸分布直接相关 ,而柔性高分子链的G(Γ)不仅依赖于链长度分布 ,而且和高分子链构象的弛豫有关 .即使是单分散的高分子样品 ,仍会存在链构象的分布 .如果链构象的弛豫和平移扩散的时间尺度相近 ,如很长的高分子链在溶液中 ,构象弛豫则可能导致G(Γ)变宽 .利用聚(N 异丙基丙烯酰胺 ) (PNIPAM)链随温度升高可从伸展的有构象分布的柔性线团变成蜷曲的无构象分布的均匀小球这一事实 ,通过比较～ 2 5和～ 32℃条件下PNIPAM长链在溶液中的G(Γ) ,直接观察到由构象分布引起的G(Γ)额外增宽 .     

分子拓扑指数与链烷烃热力学性质的关系

碳原子个数N和路径数P3是表征链烷烃分子的大小、支化度和形状等结构特征的重要参数,引入烷烃所含甲基数的1.5次方M1和3次方M2表征取代基效应,运用多元线性模型研究了链烷烃标准生成焓、标准摩尔熵、标准生成吉布斯自由能等三种热力学性质与N,P3,M1和M2之间的定量关系,相关系数分别达到0.9993,0.9989和0.9972,标准偏差分别是2.2809kJ/mol,5.9093J/(mol·K),2.0585kJ/mol,其计算值与实验值非常接近.     

VDF-CTFE共聚物在TATB表面吸附链构象的分子动力学模拟

采用COMPASS力场和NVT正则系综的动力学计算模拟了偏氟乙烯(PVDF)与三氟氯乙烯(PCTFE)及其共聚物在1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯(TATB)表面吸附能和吸附链的构象. 结果表明, 氟聚合物链与TATB表面距离小于0.8 nm时, 产生吸附放热效应. 在TATB表面, PVDF有强吸附作用, 而PCTFE的吸附能力差. 对VDF与CTFE单体摩尔比为1∶1, 1∶2, 1∶3和1∶4的共聚物吸附模拟结果表明, 共聚物的组成和链的序列结构对其在TATB表面的吸附行为和吸附链构象影响很大. 单体摩尔比为1∶2的交替共聚物链的吸附效果最佳. 随着共聚物链段中PCTFE链节的增加, 聚合物链的刚性增大, 在TATB表面吸附能力逐渐下降、吸附能亦降低, 尾型(tail)或环型(loop)构象数逐渐增多.     

有效碳链长度与链烷烃沸点

对于碳原子数目为N的链烷烃，我们提出其有效碳链长度N~E=(PT~直~,~N/PT~支~,~N)·N。式中PT~直~,~N和PT~支~,~N分别为直链和支链异构体的分子极化指数。研究表明，链烷烃的沸点Tb(K)与N~E有以下关系：log(1076.575-Tb)=3.034649-5.043171×10^-^2N~E^2^/^3。     

聚乙烯型尾形链构象统计的Monte Carlo研究

以聚乙烯型尾形链为例 ,根据链的实际键长、键角和Θ条件下每一链段处于不同旋转异构态的条件概率 ,用MonteCarlo模拟方法生成样本链分子 ,计算了尾形链的均方末端矩及其分量、构象数 ,并与完全计算法及理论推导值作了比较 ,讨论了尾形链构象数和沿边界方向及法线方向均方末端矩分量随链段数n及键角Φ的变化 .     

分子诱导效应指数与链烷烃的沸点

利用基团的诱导效应指数，首次提出了分子的诱导效应指数的概念，并定义了 链烷烃的有效碳链长度NC＝（MIs,N/MIb,N)·N，式中MIs,N,MIb,N分别为直链和支 链异构体的分子诱导效应指数。研究结果表明，链烷烃的沸点Tb(℃）与NC关系是 ：1n(806.5-Tb)=6.9824-0.11431NC^2/3     

梳状高分子烷基侧链构象和堆积结构的红外光谱研究

以正十九烷和两种接枝烷基链的梳状高分子N-十八烷基聚乙烯亚胺(PEI18C)、N-十八烷基聚对苯甲酰胺(PBA18C)为研究对象,利用红外光谱对处于受限和自由状态的烷基链的构象和堆积结构随温度的变化进行了对比研究.结果表明,处于受限和自由状态的烷基链的构象排列和堆积结构及其转变行为不同,且受限于柔性PEI主链和刚性PBA主链的烷基链也不相同.从主链刚性的角度,探讨了影响烷基侧链构象和堆积结构的原因.     

聚合物链构象的Monte Carlo模拟:单链的构象熵

本工作提出了一种新的直接用Monte Carlo模拟方法计算聚合物链构象熵,我们称这种方法为构象计数法。在本文中首先叙述了这个方法的计算原理,然后将它应用到简单立方格子中的无规自避行走问题上。具体计算了短链(链步数n=7～19)和长链(n～2100)时的熵在短链下所得到的熵数据与准确值相比偏差在0.04％以内(2000个样本)。在长链下所得到的熵数据与重整化群理论的结果相比,误差在0.8％左右(样本数为300)。同时本文还计论了限制在边长为2的立方体内,最大链步数n=26的受限链的构象熵。由本方法所求得的数据和用直接计算构象数得到的熵准确值也符合得很好。偏差在0.6％以内(2000个样本)。本文还对权重因子进行了讨论,提出改进数据准确度的方法。     

两性聚电解质PDMA_m-b-PAA_n与表面活性剂(12-6-12)的相互作用

采用Zeta电位、荧光探针、表面张力和黏度等方法研究了碱性条件下不同嵌段比的两性聚电解质聚(N,N-二甲胺基甲基丙烯酸乙酯-b-丙烯酸)(PDMAm-b-PAAn)与阳离子偶联表面活性剂(C12 H25(CH3)2N(CH2)6N(CH3)2C12H25·2Br-)(简称12-6-12)的相互作用.结果表明:由于静电相互作用,两嵌段聚电解质PDMAm-b-PAAn和12-6-12之间可形成类胶束或复合物,PDMA链段的弱亲水性对复合物起到稳定的作用.对同一类型的两嵌段聚电解质,改变两链段的相对长度之比,既不会使其在溶液中的构象发生改变,也不会使其与表面活性剂的相互作用模式发生改变.     

模型高分子尾型链的构象统计理论

基于金刚石格点上受限于半空间的随机行走，借概率论中的反射原理推导出了模型高分子尾型链的构象分布．得到了链长为Ｎ的模型尾型链的允许构象数Ｃ１（Ｎ）和末端距分布函数．在四选择模型中，发现Ｃ１（Ｎ）／４Ｎ与Ｎ－１／２成正比．模型尾型链在与壁正交方向上的均方末端距分布与平行方向比较扩张至２倍，而后者与自由链对应的分量相等．这些解析结果得到了精确计数和ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ模拟计算机“实验”的支持．     

聚丙烯酸烷基酯侧基差异对链构象性质的影响

针对聚丙烯酸烷基酯侧基形状、极性的不同,基于高分子链的构象-构型统计理论和生成矩阵方法,推出均方电偶极矩和均方回转半径的改进公式,应用于聚丙烯酸甲酯(PMA)链和聚甲基丙烯酸乙酯(PEMA)链等的链构象依赖性质的研究.得到无规PMA4(4态PMA)和PEMA的偶极矩特征比分别为0.63和0.66,温度系数为-0.66×10-3 K-1和1.72×10-3 K-1,无规PMA和PEMA的均方回转半径的特征比分别为1.73和1.43,温度系数为-1.05×10-3 K-1和-1.28×10-3 K-1,均与实验结果符合.而且考虑链规整程度的不同和酯类基团方向等的改变,PMA和PEMA的特征比也呈现较大的差异,尤其对间同构型链PMA4短链,偶极矩及其温度系数均伴有极大值的出现,这些结果表明聚丙烯酸烷基酯侧基对其链构象性质的影响不能忽略.     

聚合物链的均方电偶矩及均方长度的一般计算法(英文)

本文推广了孙家钟、何福城所采用过的方法,在独立内旋转条件下,导出了计算聚合物链的均方电偶矩和均方长度的一般公式。应用该公式对(-CR_2-CR_2-)_(n/2)、(CH_2-CR_2-)_(n/2)和(-CH_2-CHR-)_(n/2)等链型分别作了具体计算,得到了一组有意义的结果。     

双卟啉化合物的构象平衡及π-π作用研究

制备并表征了一系列以柔韧烷氧化相连的自由双卟啉及其锌配合物,以＾１Ｈ－ＮＭＲ考察了烷氧链长度及锌离子对双卟啉构象平衡的影响。结果表明,双卟啉存在开放式及闭合式构象平衡,随烷氧链的增长,构象平衡由开放式向闭合式移动,当链上碳原子数为４时最有利于双卟啉形成闭合式构象。