基于β-环糊精二茂铁衍生物的超分子聚集体的构建及其形成机理研究

摘要

超分子化学是基于分子间的非共价键相互作用而形成的分子聚集体化学，在与材料科学、生命科学、信息科学、纳米科学与技术等学科的交叉融合中，超分子化学已发展成为超分子科学。并成为创造新物质、实现新功能的一种新的重要途径，被认为是21世纪新概念和高技术的重要源头之一。 主-客体相互作用作为自组装的一种重要形式而成为超分子化学的主要内容之一。它的发展也先后经历了冠醚、环糊精(CD)、杯芳烃三代主要的主体化合物，环糊精作为超分子化学的第二代主体化合物以其独特的性质而倍受关注，基于环糊精的主．客体相互作用也在研究单一主体与客体包结形成过程及形成机理的基础上，进而追求具有特定功能的超分子聚集体，为设计制备分子钳、分子齿轮、分子马达、分子秤等重要分子器件和分子机器奠定基础。 在水溶液中，CD可以选择性地结合多种有机、无机以及生物分子形成主客体包结物。其中芳香化合物及其衍生物、金刚烷及其衍生物、二茂金属类化合物等是环糊精常见的客体。由于二茂铁及其衍生物与β-CD形成的主客体包结物的稳定性与二茂铁基的价态密切相关，因此可用电化学的方法来控制包结物的形成与解离。这类体系在设计、制备刺激响应型流体材料与凝胶材料以及超分子机器和器件中将具有极其广阔的发展前景。 基于上述思想，本论文合成了水溶性的双二茂铁客体、侧链携带β-CD的聚丙烯酰胺和氨基修饰的β-CD，并研究了它们之间的主．客体相互作用，利用它们之间这种作用构建了溶液中的三维网络结构和刺激响应型的物理水凝胶，本论文实验研究主要包括以下两个方面的内容： (1)本部分主要合成了N,N'-双二茂铁亚甲基丁二胺季铵盐和侧链携带β-环糊精的聚丙烯酰胺，通过红外光谱、核磁共振氢谱(<'1>H NMR谱)和元素分析等手段表征了合成化合物的结构。并利用<'1>H NMR谱、循环伏安法、X射线粉末衍射、环境扫描电镜等手段研究了水溶性双客体与侧链携带β-环糊精的聚丙烯酰胺的主客体相互作用。结果表明：双客体的二茂铁基团与聚合物侧链上的环糊精确实发生了主客体相互作用，导致聚合物发生了分子间或分子内的交联从而形成了三维网络结构。 (2)本部分工作利用单-6-脱氧-6-氨基-β-环糊精(β-CDNH<,2>)与双二茂铁亚甲基丁二胺的季铵盐(FBI)间的主。客体作用制备了一种对氧化还原、pH等多重响应的超分子水凝胶。在此基础上，利用SEM观察了形成凝胶的微观结构，并利用<'1>H NMR谱、IR光谱、XRD、流变学方法及循环伏安等手段对凝胶的形成过程及形成机理进行了研究。结果表明：FBI两端的二茂铁基与β-CDNH<,2>的确发生了主客体包结作用，而且β-CDNH<,2>之间的氢键作用是该体系形成稳定凝胶的关键因素。这一结果为后续构建电场响应型超分子器件及制备智能材料奠定了坚实的基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章环糊精的衍生化及其在超分子聚集体构建中的应用

1.1环糊精的结构特征和性质

1.2环糊精衍生物的合成及其应用

1.2.1 6位单取代环糊精的制备及其应用

1.2.2 2位和3位单取代环糊精的合成及其应用

1.2.3多取代环糊精的合成及其应用

1.3前景和展望

第二章N,N'-双二茂铁亚甲基丁二胺季铵盐和侧链携带β-环糊精的聚丙烯酰胺的合成及相互间的主客体包结作用

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1试剂

2.2.2仪器

2.2.3 FBI的制备

2.2.4 PAM-CD的制备

2.2.5主客体包结物的制备

2.2.6溶液配制

2.3结果与讨论

2.3.1 FBI组成和结构

2.3.2 PAM-CD的组成和结构

2.3.3 FBI与PAM-CD的主客体包结作用

2.4结论

第三章基于主客体作用的多重响应性水凝胶的制备及性能研究

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1试剂和仪器

3.2.2测定条件与方法

3.2.3凝胶的制备

3.3结果与讨论

3.3.1凝胶性质

3.3.2凝胶的显微结构

3.3.3 FBI与β-CDNH2的主客体包结作用

3.3.4分子间氢键的形成

3.3.5胶凝过程

3.4结论

总结和展望

参考文献

附录

致谢

攻读硕士期间取得科研成果