分子凝胶:从结构调控到功能应用

作为一类典型软物质材料,近年来分子凝胶在生物医学、柔性电子设备、晶体控制生长、水体净化,以及3D打印材料、微纳米材料和高能量密度材料制备等领域表现出巨大的应用潜力,受到人们越来越多的关注。如何提高分子凝胶结构调控效率,拓展分子凝胶功能,促进分子凝胶实际应用已经成为新阶段分子凝胶研究的主要内容。本文结合本课题组的研究工作,从动态共价键调控分子凝胶力学性能、分子凝胶促进高品质有机晶体制备和高性能多孔高分子材料的分子凝胶(凝胶乳液)软膜板制备三个方面阐述分子凝胶的结构调控和功能化应用研究。在此基础上,简要展望分子凝胶研究的发展趋势。     

含吡啶基胆固醇类小分子有机胶凝剂的合成及其胶凝行为

合成了6种含吡啶基胆固醇类小分子胶凝剂. 胶凝行为和SEM形貌观察研究表明,该类化合物结构的微小差异不仅显著影响自身的胶凝能力,而且对所形成的凝胶结构也有巨大影响. 采用FT-IR和1H NMR测试分析表明,氢键作用是此类化合物凝胶形成的重要驱动力. 采用XRD分析结果表明,2-位吡啶基的胶凝剂(化合物1)在固态时的堆积方式与其在苯中(凝胶态)的堆积方式类似,也与其对应的质子化形式在苯中(凝胶态)的堆积方式相似,且各聚集体的最小重复单元均为2.58 nm.     

五种新型双胆固醇类衍生物的合成及其胶凝行为

以具有氢键形成结构基础的甘氨酸和范德华作用堆积倾向的胆固醇作为结构单元,以直链脂肪二酸为连接臂,通过DCC缩合,设计、合成并表征了5种双胆固醇衍生物.根据连接臂所包含亚甲基个数的不同,将这些化合物依次表示为1,2,3,4,5.系统考察了这些化合物在25种常见溶剂中的胶凝行为,结果表明,连接臂长度对化合物胶凝能力影响显著.其中,化合物1可以胶凝11种所测试溶剂,且最低胶凝浓度均不超过1.0wt%,化合物2可以胶凝其中的17种溶剂,化合物3可以胶凝11种,连接臂更长的化合物4和5则只能胶凝2种或者4种有机溶剂.SEM观察表明,连接臂长度对胶凝剂分子的微观聚集形貌也有显著影响.此外,聚集体形貌还与溶剂本性有关.值得注意的是,化合物2,3,4,5对DMSO的胶凝行为和在其中的聚集行为均表现出有趣的奇偶效应,即2和4可使DMSO胶凝,而3和5则不能使该溶剂胶凝,此外,2和4在其DMSO凝胶中形成容易折断的条片状聚集体,而3和5则以球状聚集体从DMSO中析出.FTIR分析表明,相对于自由态,聚集态时2,3,4,5的酰胺键N?H、C=O的伸缩振动和N?H的弯曲振动峰所对应波数呈现出明显的奇偶效应(即波数随连接臂碳原子个数增...     

一种新型对苯乙炔基苯衍生物：荧光行为与传感应用

设计合成了一种以8-羟基喹啉(8-HQ)为捕获基团,胆固醇(Chol)为辅助结构的新型光化学稳定的对苯乙炔基苯(BPEB)衍生物(OPBMQ)。研究表明,该化合物荧光光谱由8-HQ的荧光发射和BPEB的荧光发射组成,且其荧光发射对沙林毒气模拟物(DCP)的存在极为敏感。计算检出限可达1 × 10⁻⁹ mol·L^-1以下。此外,其它相关神经毒剂模拟物、有机磷农药,甚至它们的混合物的存在均不显著干扰化合物对DCP的传感。更为重要的是,无论是以高纯水、自来水,还是海水作为介质,均对测定结果没有显著影响。需要指出的是,对沙林毒气模拟物的灵敏、高选择性测定也可以在滤纸片上以目视法进行。基于这些结果,发展了一种概念性沙林毒气模拟物检测仪器。     

一种基于胆固醇的荧光小分子胶凝剂的合成及其胶凝行为

合成并表征了一种含7-硝基苯并-2-氧杂-1,3-二唑基(7-Nitrobenzo-2-oxa-1,3-diazol-4-yl)的胆固醇衍生物(NBD-C), 考察了其在30种溶剂中的胶凝行为. 实验结果表明, NBD-C对乙腈具有很强的胶凝作用, 且该凝胶体系具有显著的剪切触变性. 对干凝胶的显微分析发现, 在不同溶剂中, NBD-C具有不同的聚集结构. 红外光谱(FTIR)、核磁共振光谱(¹H NMR)和荧光光谱研究结果表明, 除了胆固醇的范德华堆积作用之外, 分子间氢键作用也是该化合物聚集的重要驱动力.     

具有选择性胶凝能力的小分子胶凝剂研究进展

不相溶混合溶剂的选择性胶凝对于溶剂纯化和分离,特别是溢油处理和水体净化具有十分重要的意义。 具有选择性胶凝能力的胶凝剂可以是高分子、微纳米颗粒和小分子胶凝剂。 然而,相对于高分子和微纳米颗粒材料,以小分子化合物为胶凝剂的凝胶往往具有凝胶 溶胶相变可逆性,这种可逆性无疑会对凝胶体系的实际应用带来额外的好处。 基于这些考虑,本文按照胶凝剂分子的结构,分类介绍此类小分子胶凝剂研究进展,并展望了相关研究的前景和可能应用。     

杯[4]芳烃羧酸衍生物的合成及其胶凝行为

作为第三代主体化合物,杯芳烃及其衍生物具有重要的研究价值和应用前景。 本工作分别合成了对叔丁基杯[4]芳烃单羧酸、二羧酸和四羧酸3种衍生物(CMA、CDA和CTA)。 与预期一致,这种本体疏水、上缘携带疏水结构、下缘携带亲水基团的杯[4]芳烃衍生物虽然具有典型的两亲性化合物结构特征,但却与一般表面活性剂不同,很难溶于水。 胶凝实验发现,CDA和CTA分别可以胶凝17种有机溶剂和10种可聚合单体中的1种和7种,CMA和未修饰的对比物C4不含羧酸结构单元,不能胶凝其中任何一种。 其中,CTA的可聚合单体凝胶不但具有良好的热可逆性,而且在水存在下,可以形成稳定的凝胶乳液。 以此凝胶乳液为模板,通过聚合得到了具有不同微观结构的多孔块材。 初步的吸附实验发现,这类材料对水体Cr(Ⅲ)、苯等污染物具有一定的脱除能力并可通过简单洗脱和干燥再生,有望在净水方面获得应用。     

含顺反异构双胆固醇型小分子胶凝剂的合成与胶凝行为

以甘氨酸为连接臂,以顺反丁烯二酸为功能基团设计合成了两种具有不同立体异构连接臂的A(LS)2型双胆固醇类小分子胶凝剂MA-C和FA-C. 考察了MA-C和FA-C对30种常见有机溶剂中的胶凝能力. 结果表明：MA-C和FA-C的胶凝能力及其所形成凝胶的性质依赖于胶凝剂分子的立体异构. 值得一提的是,MA-C能使CCl4室温胶凝,而且所形成凝胶具有良好的热稳定性和显著的剪切触变性. 更为有趣的是,此胶凝剂还能在水/CCl4混合体系中选择胶凝有机相. 显微分析表明,凝胶中胶凝剂的聚集体形貌不仅依赖于胶凝剂分子的立体异构,胶凝剂的浓度,而且也和胶凝剂分子与溶剂分子间的相互作用有关. 变温、变浓度1H NMR研究表明胶凝剂分子间的π-π堆积和氢键作用是凝胶形成的重要驱动力. 此外,根据XRD和其它实验结果提出了MA-C在CCl4中的可能堆积模型.     

胆酸超分子凝胶化学

胆酸来源丰富,价格低廉,在生命过程中发挥着重要的作用。与胆固醇不同,胆酸以其结构和修饰途径的多样性,以及独特的双亲结构备受超分子化学工作者关注。近年来以胆酸为基本构筑单元的小分子胶凝剂创制及其相关凝胶的研究取得了重要的进展。本文从胆酸衍生物结构设计到胆酸衍生物凝胶构建,概要介绍了胆酸超分子凝胶及其性能研究进展。在此基础上,简要阐述胆酸超分子凝胶材料的潜在应用。