基于金属配位和主客体相互作用超分子聚合物的构建及性能研究

摘要

超分子化学是研究两种及以上的化学成分通过分子间弱的相互作用自组装形成具有某些特定结果和功能性体系的化学学科。而基于小分子逐步自组装所形成的超分子聚合物，由于其不仅具有传统共价高分子的粘弹性，还具有新型超分子的动态响应性，最近几年已逐渐成为化学界和材料界的研究热点之一。基于超分子聚合物体系的智能材料已被广泛的应用在药物输送、纳米技术、智能材料等各个领域。金属配位作用，由于其具有的高强度、高方向性以及络合常数可调节的特性，最近几年被广泛应用在一些超分子聚合物体系的构筑中。故本论文在基于吡啶类金属超分子聚合物体系的研究基础上，再向其中引入第二重或者多重非共价键作用，期望得到一类聚合度可控、拓扑结构可控的超分子聚合物。本论文主要分为以下两个部分：
　　在第一部分研究工作中，我们设计合成了一个中间为冠醚，两端为三联吡啶的主体分子。该分子两端三联吡啶基团可与过渡金属离子（如Zn2+，Fe2+等）发生配位作用，形成线型超分子金属聚合物；而中间的冠醚基团可以与二季铵盐分子发生主客体作用，进一步形成主客体交联聚合物。而通过加入竞争配体（cyclen）或者调节 pH值可调控金属配位或主客体相互作用的开与关，从而实现该单体的自组装过程在单体、线型超分子金属聚合物和交联超分子聚合物三个不同状态之间的可逆转化，进而达到轻易地控制超分子聚合物性能的目的。
　　第二部分研究工作我们构建了一个由多个正交非共价键相互作用形成的，具有多重刺激响应性交联网状超分子聚合物自修复凝胶。在这个体系中包含有三重非共价相互作用：基于24-冠-8与DBA之间的主客体相互作用、基于三联吡啶基团与过渡金属离子（如Zn2+，Fe2+等）之间的金属配位相互作用以及基于三氮唑基团与Pd2+之间的金属配位相互作用。我们可对该体系所处环境条件进行针对性的调节，使其中的超分子聚合物的拓扑结构在小分子、线型超分子聚合物以及交联网状超分子聚合物之间进行可逆的转变。此外，我们发现该交联网状超分子聚合物，当单体浓度高于120mg/ml时，就能得到一块基于主客体相互作用和金属配位相互作用的超分子聚合物有机凝胶。由于该凝胶是完全基于可逆的非共价相互作用形成的，所以其可对环境中的多重刺激（如温度，pH值和竞争配体等）发生可逆的响应性。同时此超分子有机凝胶还具有良好的、可多次重复的自修复性能。多重刺激响应性的自修复超分子凝胶的研究对我们进一步开展将超分子聚合物引入到智能材料中的研究工作有着十分重要的意义。

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第一章 绪 论

1.1 前言

1.2 线型吡啶基金属超分子聚合物

1.3 接枝和交联吡啶基金属超分子聚合物

1.4 树枝状吡啶基金属超分子聚合物

1.5 具有其它结构的吡啶基金属超分子聚合物

1.6 本论文研究内容

第二章 超分子聚合物拓扑结构可逆控制

2.1 引言

2.2 分子设计与合成

2.3 表征结果与讨论

2.4实验部分

2.5结论

第三章 多重响应性、自修复超分子凝胶的构建

3.1 引言

3.2 分子设计与合成

3.3 表征结果与讨论

3.4 实验部分

3.5结论

第四章 总结及展望

参考文献

个人简历及在学期间科研成果