4,4′-二(硬脂酰胺基)二苯甲烷在乙烯基类单体中的分子组装及其结构形态研究

4,4′-二(硬脂酰胺基)二苯甲烷(BSDM)能在乙烯基类单体中进行聚集、自组装,并可使苯乙烯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯等凝胶化,形成相应的分子凝胶.凝胶/溶胶相变温度(TGS)与BSDM浓度有关,BSDM质量分数越大,凝胶体系中分子间氢键和π-π键越多,要破坏它们所需要的能量越高,TGS因而也就越高.透射电镜表明,BSDM在各种可聚合溶剂中通过分子间相互作用形成类似纤维状的聚集体结构.BSDM在可聚合溶剂聚合前后的偏光显微照片表明,BSDM在体系中的晶型结构是球晶.     

自组装分子凝胶的原位光聚合及其聚合物研究

合成了一种以二胺为基础的可聚合凝胶因子4,4’-二（α-甲基丙烯酰氧基- 1,3-亚乙氧基羰基丙酰氨基）二苯甲烷（BMDM）,利用在特定结构区域的非共价 键相互作用自组装形成有序的三维纤维网络,使有机溶剂凝胶化。并利用紫外光引 发聚合,“锁定”凝胶网络,形成稳定的有序高级结构。光聚合后,分子凝胶的稳 定时间超过1年;而光聚合前,分子凝胶的稳定时间一般只有几天到几十天。由电 镜和偏光显微镜研究的凝胶形态学表明,凝胶中存在由相互缠结的三维纤维网络构 成的球晶。DSC研究表明,未聚合的分子凝胶中球晶结构的解缔（peak 1）须克服 一个势垒,势能为ΔH = 0.8 kJ·mol~(-1),这主要是一种范德华弱相互作用。而 发生的凝胶-溶胶相转变（peak 2）,则说明了自组装纤维中BMDM分子间存在氢键 等次价键相互作用。这种次价键能即为凝胶-溶胶相转变热焓ΔH = 22.3 kJ· mol~(-1)。聚合凝胶只有体积相变而无凝胶-溶胶相转变,且聚合凝胶的体积相变 温度要比光聚合前的凝胶-溶胶相转变温度高出约为110 ～ 120 ℃。研究干聚合凝 胶在丙酮中的溶胀特性发现,其溶胀过程遵循二级溶胀动力学,影响该凝胶溶胀行 为的因素主要是交联程度。     

十八烷基-L-苯丙氨酸齐聚物在有机溶剂中的自组装

由L-苯丙氨酸和二(三氯甲基)碳酸酯反应得到的L-苯丙氨酸-N-羧基-环内酸酐(L-Phe-NCA), 在十八胺的引发下开环聚合得到十八烷基-L-苯丙氨酸齐聚物(简称L-Phe-R18). ¹H NMR (300 MHz)和FT-IR表征了产物结构, 是平均聚合度为5的齐聚物. L-Phe-R18能在多种有机溶剂中发生聚集和自组装, 并进而在这些有机溶剂中形成热可逆的物理凝胶. 其中, 该齐聚物能在氯苯、二苯醚、甲苯等溶剂中形成透明凝胶. 也能在苯、硝基苯、醋酸丁酯等溶剂中形成非透明凝胶. L-Phe-R18在这些有机溶剂中的最低凝胶化浓度(MGC)在w＝0.3%～1%之间. X射线衍射(XRD)数据和场发射扫描电镜(FE-SEM)以及分子模拟表征了L-Phe-R18聚集体的微观形态和可能的聚集方式. 认为L-Phe-R18在有机溶剂中通过分子间氢键、π-π堆积等非共价键相互作用聚集、组装成厚度约为20 nm左右的带状纤维, 溶剂分子以毛细力存在于相互缠绕的纤维网络结构中, 使体系形成稳定的凝胶.     

分子间相互作用对聚肽共聚物/聚苯乙烯衍生物共混体系自组装形貌影响的研究

合成了两亲性的聚(γ-苄基-L-谷氨酸酯)-b-聚乙二醇(PBLG-b-PEG)聚肽刚-柔嵌段共聚物和聚苯乙烯(PS)均聚物及多种聚苯乙烯衍生物,包括聚(4-乙酰氧基苯乙烯)(PAS)均聚物、聚(4-羟基苯乙烯)(PVPh)均聚物和聚(苯乙烯-co-4-乙酰氧基苯乙烯)(P(S-co-AS))共聚物.用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(1H-NMR)和凝胶渗透色谱(GPC)等表征了聚合物的结构、分子量及分布.采用共溶剂溶解、选择性溶剂透析的方法,制备了PBLG-b-PEG嵌段共聚物与不同PS衍生物(包括PS均聚物)共混体系的自组装聚集体,利用透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)等表征了自组装体的形貌和结构.研究发现,不同的分子间相互作用(如π-π共轭作用、偶极-偶极相互作用、氢键作用等)对共混体系的自组装形貌有显著的影响.PBLG-b-PEG/PS共混体系自组装可形成表面具有条纹结构的"毛线球"聚集体,该体系中PBLG和PS之间形成π-π共轭作用,相互作用强度相对较弱;PBLG-b-PEG/PAS共混体系自组装可形成表面基本光滑并有轻微凹陷的球形聚集体,该体系中PBLG和PAS之间除了π-π共轭作用,还可形成相对较强的偶极-偶极相互作用;而PBLG-b-PEG/PVPh共混体系自组装得到了囊泡,该体系中PBLG与PVPh之间可形成π-π共轭和氢键作用,相互作用强度进一步增强.对于PBLG-b-PEG/P(S-co-AS)共混体系,可通过改变P(S-co-AS)共聚物中AS摩尔分数和制备温度来调控自组装聚集体表面的条纹形貌.根据PBLG链段与不同PS衍生物(包括PS均聚物)之间不同的分子间相互作用,提出了上述聚集体形貌转变的机理.     

含偶氮苯基团的三枝状凝胶因子的合成和凝胶性质研究

设计合成了一种中心为三乙基氨基,酰胺基作为氢键连接基团,柔性的烷基链连接偶氮苯基团的含多种分子间弱相互作用的三枝状有机凝胶因子1.由于偶氮苯基团处于分子的外缘,在THF溶液中,凝胶因子1表现出良好的光致变色行为.凝胶性能测试中,分子间存在氢键作用、π-π相互作用等使得该化合物在醇类、有机酸类和乙腈等极性溶剂中极易形成稳定的有机凝胶.在少数的非极性溶剂,如正己烷和环己烷中也可以形成稳定凝胶,并且随着溶剂极性的不同,凝胶形貌呈现出规则的纤维状或带状结构.     

聚合有机凝胶印迹膜对D-和L-苯丙氨酸的选择性吸附

以1-甲基-2,4-二(N’-十八烷脲基)苯为凝胶剂,以液体单体丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸甲酯、二甲基丙烯酸聚乙二醇(200)酯以及模版分子和光敏引发剂的混合物为溶剂,研究表明,这种二烷基脲型凝胶剂在这些单体混合物中可进行超分子自组装,形成互相缠绕的具有纳米尺寸的纤维状聚集体,最终导致这些单体混合物首先形成稳定的超分子有机凝胶。然后经UV光引发聚合,经乙醇抽提凝胶剂聚集体和模板分子,制备了一种新型分子印迹的聚合有机凝胶薄膜。探讨了不同凝胶剂浓度、模板分子浓度、单体混合物配比所制备的印迹聚合有机凝胶薄膜对D-和L-苯丙氨酸吸附效率的影响。结果表明所制备的印迹聚合超分子凝胶对L-苯丙氨酸吸附效率约为对D-苯丙氨酸吸附效率的3～4倍,表现出明显的选择性吸附性。     

基于苝二酰亚胺类非富勒烯受体共混体系凝聚态结构调控

非富勒烯太阳能电池具有给受体能级可调、吸收范围宽及可溶液加工等优势,已经成为太阳能电池领域发展趋势。在高性能材料开发及器件结构优化的推动下,能量转换效率已经突破11%。其中,苝二酰亚胺(PDI)类分子价格低廉且具有良好的稳定性及较高的电子迁移率,已经发展成为重要的非富勒烯受体材料。然而,PDI类材料刚性稠环结构使得分子间具有强烈的π-π相互作用(受体-受体分子间及给体-受体分子间),导致共混体系相分离尺寸可控性差,给受体分子间共混程度难于调控,从而发生严重的成对以及非成对电荷复合。本文从分子间作用力入手(溶剂-溶质、给体-受体分子间作用力)详述了非富勒烯共混体系相分离结构、相区尺寸及共混相含量调节的相关原理及方法。研究表明基于PDI共混体系,固-液相分离及分子扩散能力是决定相分离结构的本质因素,通过调控给受体比例及热退火温度实现了孤岛及互穿网络结构的构筑。同时,通过平衡受体分子间π-π作用及给受体间电荷转移,实现了低相容性及高相容性共混体系相区尺寸的可控调节。在此基础上,利用添加剂手段通过调节溶剂与溶质分子间的溶度参数差值,实现了薄膜内共混相的可控调节,并针对具有不同相容性共混体系给出了添加剂的选择原则。     

水诱导N,N′,N″-三(4-吡啶基)-均三苯甲酰胺形成超分子凝胶研究

以均三苯甲酸为母体分子,用4-氨基吡啶对其进行化学修饰,合成了N,N′,N″-三(4-吡啶基)-均三苯甲酰胺(4-btapa)并考察其在不同溶剂及酸碱度中的胶凝性能.实验结果表明,4-btapa不溶于水,但可溶于一些极性溶剂中.室温条件下,在4-btapa的DMSO溶液中加入适量的水,可直接形成稳定凝胶.而在DMF,THF等溶剂形成的溶液中室温条件下加入适量的水得到只能得到粘度较大具有流动性的混浊液,但将得到的混浊液加热溶解后室温冷却均能形成稳定凝胶.扫描电子显微镜观察到4-btapa在不同含水有机溶剂中都能形成纤维状自组装聚集体,而4-btapa在p H=3.0的水-乙醇体系中呈明显的纤维团簇结构,与p H=7.0时的规则的纤维结构相比存在较大的差异,说明p H值会影响凝胶因子聚集形貌.核磁共振和红外光谱结果表明凝胶中存在N—H…Py的分子间氢键和芳香环的π-π堆积作用.根据FT-IR,1H NMR结果并比对干凝胶与晶体XRD曲线得到了凝胶因子4-btapa在凝胶(p H=7.0)中的自组装排列方式.     

亚苄基山梨醇衍生物在有机溶剂中的自组装及凝胶化研究

从分子结构的差异、亲溶剂作用、分子几何构型、相转变热焓以及溶剂极性等方面研究了三种亚苄基山梨醇衍生物凝胶剂在有机溶剂中的自组装和凝胶化机理. 三种衍生物凝胶剂在结构上的差别仅在于亚苄基上甲基取代基数量不同. 结果表明: 由于亲溶剂作用的增加和分子几何构型的优化, 含甲基多的凝胶剂在有机溶剂中的自组装能力强, 表现在具有低的最低凝胶化浓度和高的相转变温度. 而溶剂极性的增强, 使三种衍生物凝胶剂形成的凝胶相转变温度降低. 偏光显微镜照片表明该凝胶剂在正辛醇凝胶中的聚集体晶型不同. 场发射扫描电镜照片表明三种衍生物凝胶剂自组装形成相互缠绕的纤维束网络结构. 紫外吸收光谱表明, 对比其溶液态, 三种衍生物聚集体苯环的K带发生红移, 表明π-π堆积作用是亚苄基山梨醇衍生物凝胶剂自组装的驱动力之一; 红移的幅度随苯环上甲基数量的增加而增加, 这与三种衍生物形成的分子凝胶的热稳定性相吻合.     

外围间苯二甲酸二甲酯功能化的聚苯醚型树状分子：一类新型高效的 有机凝胶因子

有机凝胶因具有独特的微观自组装结构, 已成为超分子化学和纳米科学领域的研究热点. 树状分子凝胶综合了有机小分子凝胶和聚合物凝胶的优点, 近年来得到了科学家的重点关注. 虽然树状分子凝胶的研究已有不少报道, 但报道的体系中均含有酰胺基团等典型的氢键识别位点, 且一般树状分子代数较低. 因此, 如何寻找不含传统凝胶化基团的树状分子凝胶体系是目前该领域面临的挑战. 最近, 中国科学院化学研究所范青华课题组发展了一类新颖的树状分子有机凝胶因子——外围多个间苯二甲酸二甲酯官能化的聚苯醚型树状分子. 研究发现, 此类树状分子不仅能够在多种芳香性溶剂中形成凝胶, 而且在多种极性溶剂, 甚至含水体系中也能形成稳定的凝胶, 最低临界成胶浓度达到1.8 mg/mL(相当于每个树状分子可以固定1.75×104个溶剂分子), 且高代数树状分子也能在多种溶剂体系中形成凝胶, 突破了文献中认为只有低代数树状分子才能有效成胶的限制. 树状分子外围芳香环之间的多重π-π堆积作用被证明是其成胶的主要驱动力. 这一研究结果为设计合成其他的不含传统凝胶化基团的新型有机凝胶分子提供了重要基础.     

柔性间隔基对于香豆素取代二乙炔LB膜聚合及手性形成的影响

设计合成了2种香豆素取代二乙炔单体,7-(10,12-二十三双炔酰氧基)-香豆素(CODA)和7-(10,12-二十三双炔酰氧乙氧基)-香豆素(CO2DA),研究了柔性间隔基对香豆素取代二乙炔单体在气-液界面的组装、单体LB膜的聚合以及聚二乙炔主链螺旋结构形成的影响.利用Langmui-Blodgett(LB)技术,以纯水为亚相,膜压在35 mN/m时沉积制备了香豆素取代二乙炔单体LB膜.尽管CODA是非手性的,但其LB膜均表现出明显的宏观手性信号.这是由于在压缩过程中香豆素基团间强烈的π-π堆积,形成了螺旋排列,显示出超分子手性.而CO2DA LB膜无明显CD信号.经254 nm紫外光辐照,CODA LB膜聚合成蓝相,聚二乙炔主链表现出明显的宏观手性.而CO2DA LB膜聚合后无明显的CD信号.薄膜中香豆素功能基团的不规则排列不利于二乙炔单体的固态聚合以及聚二乙炔主链螺旋结构的形成.     

基于柱[5]芳烃主客体包结构筑分子响应型超分子水凝胶

主客体相互作用是在水溶液中与大环主体分子形成稳定的包结物的理想驱动力.以功能化的苯并咪唑衍生物为客体(M),水溶性柱[5]芳烃为主体构建了一种分子响应型超分子水凝胶.通过1H NMR, 2D NOESY和扫描电子显微镜(SEM)研究了水凝胶的成凝胶机理.有趣的是,主客体包结作用、柱[5]芳烃间有序的"外腔"π-π相互作用和分层堆积对于获得超分子水凝胶是必不可少的,非共价键相互作用的动态可逆性使凝胶体系对温度变化/化学刺激产生响应.此外,加入竞争性客体己二腈(ADN)/百草枯(PQ)后,柱[5]芳烃基水凝胶可转化为溶胶.因此,该超分子水凝胶可以选择性识别有机分子.     

以Schiff base为配体的Cu(Ⅱ)-金属凝胶的制备和表征

以间苯二甲醛分别与异烟肼、烟酸酰肼和2-吡啶甲酰肼反应,合成了3种含吡啶环的Schiff base配体间苯二甲醛双缩4-吡啶甲酰腙(S1)、间苯二甲醛双缩3-吡啶甲酰腙(S2)和间苯二甲醛双缩2-吡啶甲酰腙(S3);测试了这3个化合物与醋酸铜通过配位作用在不同溶剂中形成金属凝胶的能力,结果发现,配体S1与醋酸铜在DMF/H_2O和DMSO/H_2O的混合溶剂中、配体S3与醋酸铜在DMF/H_2O的混合溶剂中均可以形成金属凝胶。胶凝测试结果表明,吡啶环上N原子位置的不同,对化合物形成金属凝胶的能力有极大影响。利用扫描电子显微镜(SEM)观察了金属凝胶的微观形貌,结果表明,配体分子的结构对金属凝胶的微观形貌也有较大影响;红外光谱和紫外可见光谱的研究证明了配位作用在金属凝胶形成过程中的推动作用;X射线衍射分析(XRD)研究表明,配体S1与醋酸铜在两种混合溶剂中形成的金属凝胶均表现出了四方堆积结构。     

基于柱[5]芳烃主客体包结构筑分子响应型超分子水凝胶（英文）

主客体相互作用是在水溶液中与大环主体分子形成稳定的包结物的理想驱动力.以功能化的苯并咪唑衍生物为客体(M),水溶性柱[5]芳烃为主体构建了一种分子响应型超分子水凝胶.通过1H NMR, 2D NOESY和扫描电子显微镜(SEM)研究了水凝胶的成凝胶机理.有趣的是,主客体包结作用、柱[5]芳烃间有序的"外腔"π-π相互作用和分层堆积对于获得超分子水凝胶是必不可少的,非共价键相互作用的动态可逆性使凝胶体系对温度变化/化学刺激产生响应.此外,加入竞争性客体己二腈(ADN)/百草枯(PQ)后,柱[5]芳烃基水凝胶可转化为溶胶.因此,该超分子水凝胶可以选择性识别有机分子.     

一种有机酰腙类配体及其金属凝胶的结构及性能

设计合成了一种带有长链烷基和配位基团的新型有机配体2-吡啶甲醛-4'-十二烷氧基苯甲酰腙(简称L),并采用核磁(1H-NMR)、红外(FTIR)、电喷雾质谱(ESI-MS)和元素分析确认其结构.在乙醇和水的混合溶剂中,配体L可使溶剂凝胶化,并可与多种金属离子(Co(Ⅱ),Ni(Ⅱ),Zn(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)作用,形成金属凝胶.采用扫描电镜分析表明,L自身形成的凝胶及金属凝胶的微观形貌均为相互搭接的纤维状结构.采用紫外光谱分析表明在乙醇溶液中L分子形成了聚集体.采用平板流变仪分析表明引入金属离子可提高凝胶的强度.进一步合成了L与Cu(Ⅱ)的配合物,通过对比配合物与金属凝胶的红外光谱和紫外光谱,证明金属凝胶中配体L与金属离子间形成了配位作用.     

反应型二烷基脲凝胶剂及有机溶剂的室温凝胶化研究

通常制备有机分子凝胶是在高温下溶解凝胶剂,凝胶剂分子在冷却过程中进行自组装并使有机溶剂凝胶化。该方法限制了某些低沸点溶剂的凝胶化。利用甲苯二异氰酸酯与烷基胺的高反应活性,制备了三种不同烷基链长的反应型凝胶剂甲苯–2, 4–二（N, N’ –烷基）脲。这种反应型凝胶剂能以较低的浓度在室温下使某些芳香族和卤代烃溶剂中形成热可逆的有机分子凝胶。不同烷基链长的亲溶剂作用以及溶剂性质对有机分子凝胶的形成有较大影响。场发射扫描电镜表明这种反应型凝胶剂在有机溶剂中自组装形成纤维状三维网络结构。烷基链长度不同,形成的纤维状聚集体的形态也不同。红外光谱（FT-IR）和核磁共振波谱（1H-NMR）研究表明分子间氢键作用是这种凝胶剂自组装的驱动力。通过X射线衍射（XRD）和分子模拟推测了其聚集体的结构形态。     

反应型二烷基脲凝胶剂及有机溶剂的室温凝胶化研究

通常制备有机分子凝胶是在高温下溶解凝胶剂,凝胶剂分子在冷却过程中进行自组装并使有机溶剂凝胶化。该方法限制了某些低沸点溶剂的凝胶化。利用甲苯二异氰酸酯与烷基胺的高反应活性,制备了三种不同烷基链长的反应型凝胶剂甲苯–2, 4–二（N, N’ –烷基）脲。这种反应型凝胶剂能以较低的浓度在室温下使某些芳香族和卤代烃溶剂中形成热可逆的有机分子凝胶。不同烷基链长的亲溶剂作用以及溶剂性质对有机分子凝胶的形成有较大影响。场发射扫描电镜表明这种反应型凝胶剂在有机溶剂中自组装形成纤维状三维网络结构。烷基链长度不同,形成的纤维状聚集体的形态也不同。红外光谱（FT-IR）和核磁共振波谱（1H-NMR）研究表明分子间氢键作用是这种凝胶剂自组装的驱动力。通过X射线衍射（XRD）和分子模拟推测了其聚集体的结构形态。     

胆固醇分子印迹的聚合有机凝胶及其吸附性能研究

报道了一种新型胆固醇分子印迹的聚合有机凝胶.以3-胆固醇酰氧基丙酸(COPA)为模板分子,通过可聚合凝胶剂N-十八烷基马来酰胺酸(ODMA)在甲基丙烯酸β-羟乙酯、甲基丙烯酸和聚乙二醇二甲基丙烯酸酯混合溶液的自组装,首先形成稳定的超分子有机凝胶,经UV光引发原位聚合,再经乙醇提取模板分子后制得胆固醇非共价印迹的聚合有机凝胶.偏光显微镜(POM)和场发射扫描电镜(FE-SEM)表明ODMA在单体混合物中自组装形成带状聚集体,这为其后形成的印迹聚合有机凝胶的孔穴稳定性提供了保证.印迹聚合有机凝胶对胆固醇的吸附效率可达到64%,并与ODMA和COPA的含量有关.实验表明,当ODMA的含量由1wt%增加到3 wt%时,吸附量由15.7 mg/g增加到22.9 mg/g.当COPA的含量由4 wt%增加到7 wt%时,吸附量由16.8 mg/g增加到22.2 mg/g.然而,当ODMA含量过多时,吸附量反而下降,这主要归因于体系网络密度的增加导致扩散阻力增加.而COPA含量过多时,可能干扰ODMA的自组装,影响印迹孔穴的稳定性,同样使得吸附量下降.     

反应型凝胶剂2,4-二烷脲基甲苯衍生物及有机溶剂的室温凝胶化研究

通常制备有机分子凝胶是在高温下溶解凝胶剂,凝胶剂分子在冷却过程中进行自组装并使有机溶剂凝胶化.该方法限制了某些低沸点溶剂的凝胶化.利用甲苯二异氰酸酯与烷基胺的高反应活性,制备了3种反应型凝胶剂.这种反应型凝胶剂能以较低的浓度在室温下使某些芳香族和卤代烃溶剂形成热可逆的有机分子凝胶.场发射扫描电镜表明这种反应型凝胶剂在有机溶剂中自组装形成纤维状三维网络结构.随着烷基胺中的烷基链长度不同,形成的纤维状聚集体的形态也不同.FT-IR和1H NMR研究表明分子间氢键作用是反应型凝胶剂自组装的驱动力.通过XRD和分子模拟推测了其聚集体的结构形态.     

磷酸铝分子筛AlPO_4-5的常压快速合成及晶化过程的原位热重-质谱研究

分别以三乙胺、环己胺和四乙基氢氧化铵为结构导向剂,二缩三乙二醇为溶剂,研究了3种溶剂热合成体系在常压和自生压力条件下的晶化行为.在常压加热条件下,从分别含有三乙胺、环己胺和四乙基氢氧化铵的初始凝胶中快速晶化出了高结晶度的磷酸铝分子筛AlPO_4-5.在自生压力加热条件下,从相同的初始凝胶中分别晶化出了三维开放骨架磷酸铝JDF-20、二维层状磷酸铝UT-5以及含有磷酸铝分子筛AlPO_4-5的混相.含有三乙胺的初始凝胶晶化过程的原位热重-质谱研究表明,常压条件下磷酸铝分子筛AlPO_4-5主要在150~300℃之间生成.实验表明,自生压力会对有机胺(铵)的结构导向效应产生显著影响,这加深了对分子筛以及开放骨架生成过程及机理的认识.