有机-氨基酸共价化合物的设计、合成和界面分子自组装行为的SPM研究

摘要

氨基酸是生命体系所必需的蛋白质的基本组成单元，从单分子水平上揭示氨基酸的结构和性质，对了解蛋白质的结构和性质具有非常重要的意义。本论文主要通过以共轭有机分子为载体，首先设计、合成与表征了一系列具有不同氨基酸的有机-氨基酸共价化合物；其次利用扫描隧道显微镜研究有机-氨基酸化合物的单分子界面自组装行为，探讨不同氨基酸侧基对有机-氨基酸化合物的分子自组装行为的影响；最后通过原子力显微镜研究溶剂、浓度、pH等因素对有机-氨基酸化合物自组装结构的影响。主要内容如下：
　　(1)有机-氨基酸共价化合物的设计、合成与表征。利用有机合成的方法以3,4,9,10-苝四甲酸二酐、1,4,5,8-萘四甲酸二酐、L-氨基酸等为原料合成一系列有机-氨基酸化合物，研究各种反应条件（如溶剂、温度、催化剂等）对产率的影响，利用傅立叶变换红外光谱、核磁共振谱、质谱等方法对所合成的有机-氨基酸化合物进行结构表征。
　　(2)有机-氨基酸共价化合物的单分子界面自组装行为研究。利用扫描隧道显微镜(STM)对合成的一系列有机-氨基酸化合物进行了单分子组装情况的研究。实验结果表明由于氨基酸侧基不同，有机-氨基酸化合物表现出各异的二维组装结构。
　　(3)有机-氨基酸共价化合物的界面组装结构形貌研究。利用AFM在室温条件下研究了苝四甲酸二酐-氨基酸共价化合物和萘四甲酸二酐-氨基酸共价化合物的自组装形貌。结果表明中间核为苝核时的组装形貌均以纳米纤维为主；中间核为萘核时以纳米球的形式存在。主要原因归因于自组装驱动力来源于分子末端-COOH的氢键作用力和苝核和萘核的π-π相互作用力。
　　(4)有机-氨基酸共价化合物界面分子自组装结构的调控。(a)研究了浓度对苝-酪氨酸化合物(NTPD)分子自组装结构的影响；(b)研究了无水乙醇、THF、H2O三种典型溶剂对苝-苯丙氨酸化合物(NPPD)分子自组装结构的影响；(c)研究了 pH值对苝-天冬氨酸(NAAPD)分子自组装结构的影响。结果表明基于氨基酸衍生物的结构特性，外界条件如溶剂、浓度、pH等可以对其自组装结构进行调控。

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第1章 前言

1.1 蛋白质的结构及其功能

1.2 氨基酸的重要性

1.3 超分子化学及其基本概念

1.4 分子自组装现象

1.5 超分子组装结构研究方法

1.6 选题依据与意义

第2章 有机-氨基酸共价化合物的合成与结构表征

2.1 引言

2.2 主要仪器和试剂

2.3 苝四甲酸二酐-氨基酸共价化合物的合成与结构表征

2.4 萘四甲酸二酐-氨基酸共价化合物的合成与结构表征

2.5 本章小结

第3章 有机-氨基酸共价化合物在石墨表面的单分子自组装行为研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第4章有机-氨基酸共价化合物分子的界面组装结构形貌研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第5章 有机-氨基酸共价化合物界面分子自组装结构的调控

5.1 浓度对NTPD分子自组装行为的调控

5.2 溶剂对NPPD分子自组装行为的调控

5.3 pH值对NAAPD分子自组装行为的调控

第6章 主要结论

参考文献

硕士研究生期间的研究成果

致谢