基于氫鍵自組裝超分子體系

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1、·124·化學通報2004年第2期http://www.hxtb.org知識介紹基于氫鍵的自組裝超分子體系*白炳蓮李敏(吉林大學材料科學與工程學院汽車材料教育部重點實驗室長春130023)摘要氫鍵自組裝超分子是超分子體系中相對較新穎和引入注意的領域,它在化學和生物體系中占據(jù)非常重要的位置。本文主要介紹目前文獻報道的一系列由不同氫鍵締合方式形成的自組裝超分子。關鍵詞氫鍵自組裝超分子化學RecentProgressofSupramoleculesbySelf-assemblyviaIntermolecularHydrogenBondin

2、g*BaiBinglian,LiMin(DepartmentofMaterialsScience,JilinUniversity,theKeyLaboratoryofAutomobileMaterialsofMinistryofEducation,Changchun130023,China)AbstractSupramoleculesbyself-assemblyviaintermolecularhydrogenbondinginteractionarearelativelynewandfascinatingareainsupram

3、olecularscience.Itwillplayanimportantroleinchemicalandbiologicalsystems.Thisreviewdescribesaseriesofhydrogenbondingsupramoleculesreportedfromtherecentliteratures.KeywordsHydrogenbond,Self-assembly,SupramolecuarChemistry[1]20世紀80年代末,諾貝爾化學獎獲得者Lehn教授創(chuàng)造性地提出了超分子化學的概念并在這一領域進

4、行了大量的卓越的實踐,為化學學科從經典的分子化學邁向新的研究層次指明了方[2]向。超分子化學是研究兩種以上的化學物種通過分子間相互作用締合而成為具有特定結構和功能的超分子體系的科學。簡而言之,即是研究各個分子通過非共價鍵作用而形成的功能體系的科學。利用氫鍵等非共價相互作用將相對比較簡單的分子亞單元組裝成具有二維或三維長程有序的超分子聚集體是設計新穎功能材料的一條新途徑,近年來受到廣泛關注并成為前沿領域的一個研究熱點。[3]自組裝不僅是包含生命進化的分子工程的重要組成部分,而且是生物體系中的生物合成的重要參與者。與由共價鍵形成的體系相

5、比,自組裝體系具有如下優(yōu)點:(1)在自組裝過程中,由于有缺陷的亞單元的排斥作用,從而減少了組裝體中的結構缺陷;(2)組裝體易于制備;(3)組裝體制備經濟方便。Lawrence等人把自組裝定義為由非共價鍵相互作用驅動的高度收斂的合成行為。由于氫鍵具有穩(wěn)定性、方向性和飽和性,分子間氫鍵相互作用在材料科學和生命科學倍受關白炳蓮女,27歲,碩士生,現(xiàn)從事氫鍵超分子的研究。*聯(lián)系人2002-12-20收稿,2003-04-26修回http://www.hxtb.org化學通報2004年第2期·125·注,在決定復合物性質和新型復合物的設計中至

6、關重要。共價鍵很穩(wěn)定,只有在提供足夠能量的條件下才能裂開;而分子間氫鍵等弱相互作用具有動態(tài)可逆的特點,對外部環(huán)境的刺激具有獨特的響應特性?；诘臍滏I自組裝超分子體系是超分子體系中相對較新穎和引人注意的領域,它在化學和生物體系中都占據(jù)非常重要的位置。本文主要介紹了目前文獻報道的單重、二重、三重和四重氫鍵超分子體系的研究結果。1基于氫鍵的超分子體系1.1基于單重氫鍵的液晶體系[4]早在1989年Kato等人就利用吡啶和羧酸間的分子間氫鍵作用制備了新型液晶復合物。分子間氫鍵具有良好的熱穩(wěn)定性,不僅可以改變原來是液晶的質子給體和質子受體的液

7、晶行為,也可使不具有液晶行為的質子給體和受體通過分子間氫鍵作用得到的復合物呈現(xiàn)液晶性。單重氫鍵液晶體系從大的方面講,主要分為小分子氫鍵液晶和高分子氫鍵液晶。根據(jù)液晶基元的位置不同,高分子氫鍵液晶又可分為氫鍵側鏈、氫鍵主鏈、氫鍵網(wǎng)絡液晶高分子。1.1.1基于氫鍵的側鏈液晶高分子將液晶基元通過氫鍵連接于高分子主鏈上形成氫鍵側鏈液晶高分子。氫鍵側鏈液晶高分子的優(yōu)點是制備方便,適當安排質子給體和質子受體就能通過自組裝方法得到一些新的分子結構;通過[5]改變二元組成的配比或通過多元復合可實現(xiàn)復合物液晶性的可控調節(jié)。Kmo等,報道利用咪唑基和聚

8、丙烯酸的復合制備了氫鍵型側鏈液晶高分子。它表現(xiàn)雙向的近晶A相,分子模擬結果顯示在近晶A相中聯(lián)苯呈相互交叉構型。當聚丙烯酸的的含量少于33%時,不能形成液晶相。1.1.2基于氫鍵的主鏈掖晶高分子氫鍵型主鏈液晶高分子是剛性液晶基元位于主鏈