七、八元瓜环与3-氨基香豆素的主客体相互作用

利用紫外-可见吸收光谱法、荧光光谱法、等温量热滴定法和核磁共振波谱法考察了七、八元瓜环(Q[7]、Q[8])与3-氨基香豆素(3-AC)之间的主客体相互作用。结果表明Q[7]与3-AC在pH=1.03的条件下形成包结比为1∶1的主客体配合物,紫外-可见吸收光谱和荧光吸收光谱测得的主客体包结稳定常数分别为3.789×10~4 L·mol~(-1)、4.136×10~4 L·mol~(-1);Q[8]与3-AC在pH=1.03～6.97条件下均形成包结比为1∶1的主客体配合物,在中性条件下,紫外-可见吸收光谱和荧光吸收光谱测得的主客体包结稳定常数分别为2.551×10~5 L·mol~(-1)、2.455×10~5 L·mol~(-1)。其包结模式为3-氨基香豆素分子完全进入Q[7]或Q[8]分子空腔,主客体相互作用过程主要由焓和熵驱动。相溶解度法研究表明Q[7]、Q[8]的介入使3-AC在水中的溶解度分别增加了1.26倍和2.04倍。     

药物输送体系构筑中的超分子组装策略

超分子组装提供了药物输送体系设计的新原理。以高效的分子间非共价键作用为驱动力,超分子药物输送体系能够利用结构简单的分子单体获得精确的成分控制,并使得载体结构易于预测,形貌与体积易于调控,有利于实现药物的控制释放。本文首先总结超分子药物输送体系的研究背景,之后重点介绍基于环糊精、杯芳烃、柱芳烃和葫芦脲的主-客体体系的超分子药物输送体系的构建与药物输送功能,然后介绍水溶性的超分子有机框架在药物输送方面的应用,最后提出了超分子药物载体实用化需要克服的若干挑战性问题。     

N^C^N型Pt(II)配合物与大环主体葫芦[10]脲的识别及发光性质研究

由于过渡金属配合物具有独特的光物理化学性质而被广泛研究. 其中Pt(Ⅱ)配合物发生组装时会因Pt(Ⅱ)-Pt(Ⅱ)之间的距离不同而显示不同的荧光特性, 而主客体相互作用可以影响发光小分子的排列及组装. 为进一步探究主客体相互作用对Pt(Ⅱ)配合物发光性能的影响, 设计合成了不同取代的N^C^N型Pt(Ⅱ)配合物, 研究了大环主体葫芦[10]脲(CB[10])对这类配合物的识别作用及包合物的光谱性质. 核磁共振氢谱和质谱证明CB[10]可与配合物以1∶2的比例结合. 紫外-可见吸收光谱和荧光发射光谱分析表明主客体作用对该类金属配合物光谱性质有较大影响, 所形成的主客体包合物的磷光寿命及量子产率都有不同程度的变化. 研究结果表明, CB[10]可通过包结两个Pt(Ⅱ)配合物分子, 拉近铂原子之间的距离, 增强该类配合物在水相中的Pt(II)…Pt(II)相互作用和π-π相互作用, 实现水相中的长寿命磷光发射. 同时, 主客体作用对这类金属配合物的力致变色性质也有一定的影响.     

四氨基柱[5]芳烃二聚体的合成、结构及性质研究

构象固定的刚性多环主体分子为构筑高级复杂的机械互锁结构提供了重要平台. 为挑战合成刚性多环主体并进一步构筑多层次机械互锁结构, 氧杂杯[4]芳烃桥连的柱[5]芳烃二聚体经过Raney Ni催化氢化还原硝基、与叔丁氧羰基(Boc)-β-丙氨酸缩合和脱去N-Boc保护基三步反应, 生成了四氨基柱[5]芳烃二聚体. X射线单晶衍射实验表明三环目标主体分子具有双桶望远镜形状, 并且构象刚性, 随取代基不同仅有微小变化. 此外, 该四氨基二聚体可作为主体与己二腈形成高稳定性的1∶2络合物. 该研究为制备复杂超分子体系提供了新的机会.     

超分子屏蔽效应对富勒烯自由基C59N·稳定性的影响及其诱导的(C59N)2中键接碳笼C-C键的转移重构

富勒烯自由基通常是在空气中短暂存在或不稳定的短寿命物种,超分子屏蔽是近年来被发展用于稳定富勒烯自由基稳定的一种有效策略.本文将共价桥联碳质π电子共轭双嵌N分子碗作为客体C₅₉N·富勒烯自由基的理想宿主体,通过密度泛函理论计算研究了二者之间的主客体相互作用、热力学、自旋电子密度等性质.结果发现C₅₉N·富勒烯自由基嵌螯在该钳形双分子碗的凹穴内而被屏蔽,从而有效避免单电子结构的暴露和C₅₉N·自由基之间的化学二聚,即显著增强其动力学稳定性和寿命,这种策略对富勒烯自由基在自旋电子学、超分子电子器件或光电转换器件等领域的应用具有潜在指导价值.此外,本研究还发现通过超分子屏蔽策略,理论上可以实现对(C₅₉N)₂二聚体分子中键连两个碳笼的C-C进行重构,这也为富勒烯相关体系中C-C键构建的提供了一种新的思路与途径.     

杯芳烃和柱芳烃桥梁部位的衍生及其功能化

随着大环化学的快速发展,对杯芳烃、柱芳烃及其他类似化合物的桥梁亚甲基部位进行高效修饰的方法日益引起人们的关注.桥梁部位修饰后的大环衍生物,在不改变其原有属性的基础上增加了新的功能,不仅可以引入更多的功能基团,而且可以通过主客体的自组装行为,进一步拓展杯芳烃和柱芳烃等超分子大环在药物递送、化学传感、荧光体系构建等诸多领域的应用.本文对杯芳烃和柱芳烃桥梁部位修饰的研究进展进行了综述.按照修饰方法的不同进行分类,系统阐述了杯芳烃和柱芳烃桥梁部位修饰的方法、修饰后结构的变化,以及相应的应用拓展,并进一步讨论了其未来发展所面临的机遇与挑战.     

溶液酸碱度调控的分子机器与分子开关

人工分子机器按其能量驱动方式可以分为化学驱动、电化学驱动和光驱动三类.溶液酸碱度调控(p H调控)驱动属于化学驱动的一种,其基本原理是通过加入酸碱性化合物调节溶液的酸碱度从而改变体系中各种组分的化学性质,实现分子机器的运动.利用溶液酸碱度调控已成为人工组装分子机器最常用的能量供应方式之一.对溶液酸碱度调控的分子机器和分子开关进行了详细综述,分别总结了基于冠醚和其他大环主体的溶液酸碱度调控分子机器与分子开关的制备及酸碱调控方法,并展望了它们在信息存储、电子器件及药物传递等领域中的应用.     

基于冠醚和柱芳烃主客体识别的超分子聚合物材料

超分子聚合物材料是高分子科学、超分子化学和材料科学3个学科相结合的产物.通过精妙的设计,我们不仅可以赋予它传统高分子材料所拥有的光学、电学以及力学等性能,同时还可以使其具有超分子材料的动态可逆性和刺激响应性.已用于构筑超分子聚合物材料的主客体识别体系有很多,从识别体系中的主体来说,包括基于冠醚、环糊精、杯芳烃、葫芦脲、柱芳烃等大环的主客体体系.其中,冠醚作为第一代大环主体,它的模板合成直接开辟了超分子化学这一领域,而柱芳烃是最近发展起来的一类新的大环主体,它具有刚性的骨架,并且制备简单,容易功能化,同样也受到超分子化学家们的广泛关注.本文着重综述了我们课题组基于冠醚和柱芳烃主客体识别所构筑的超分子聚合物材料.在这些材料的制备中,我们利用了主客体识别的刺激响应性、可逆性和选择性,来实现对这类材料的组装结构以及功能的精确调控.     

超声和光双重调控的AB_2主客体型两亲分子的超分子自组装与程序化控释研究

合成了一种同时含有单偶氮苯基团和双β-环糊精单元的AB2型两亲分子(Azo-CD2),并通过核磁共振谱和基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱对其结构进行了表征和确认.动态光散射和透射电子显微镜测试结果表明,在水溶液中,Azo-CD2在无任何外界刺激的条件下可自发地形成球形自组装体,而当施加超声振动后逐渐转变为超分子超支化聚合物自组装体;该自组装体被进一步施加紫外光辐射后可解离成尺寸较小的支化聚集体,而其在可见光辐射下又可以可逆地变回原来的超支化自组装形貌.利用紫外分光光度计测试Azo-CD2自组装体对抗癌药物阿霉素(DOX)的释放曲线发现,通过超声和光的双重调控作用可实现Azo-CD2自组装体对DOX的程序化控制释放.利用一维1H-NMR谱和二维NOESY谱进一步阐明了Azo-CD2自组装体形貌转变过程与其程序化控释结果的相关关系.     

三苯甲基改性油溶性碳量子点合成及其在发光器件中的应用

碳量子点团聚将导致严重荧光猝灭,大幅降低其发光效率,阻碍了其作为发光材料在显示和照明器件中的应用。通过主客体掺杂方案可有效解决上述问题,但水溶性的碳量子点不能和有机的主体材料相匹配。针对该问题,本文通过在碳量子点表面接枝亲油性的芳香类官能团,保证碳量子点油溶性的同时使其具备一定的载流子传输性能,采用该方案制备出发光峰在533 nm、荧光量子产率为43%的黄色油溶性碳量子点。将该碳量子点分散到聚甲基丙烯酸甲酯中涂敷在紫外发光二极管(365 nm)灯珠表面,制备的光致发光器件发出明亮黄光(560 nm),最大亮度达到23 000 cd/m~2。进一步将该碳量子点掺杂到聚乙烯基咔唑中作为发光层,制备了主客体掺杂的电致发光器件,器件的发射峰位于552 nm,最大亮度达到35.07 cd/m~2。上述研究表明,合成油溶性的碳量子点发光材料并将其掺杂到母体材料中作为发光层,可有效抑制碳量子点团聚诱导荧光猝灭问题,对发展高性能碳量子点基发光器件具有重要意义。