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小分子凝胶在性能调控方面具有多样、灵活的特点,在生物医学、催化、纳米材料尤其是智能软材料科学领域有良好应用前景,是超分子化学学科发展的一个重要方向。本文中设计合成了一系列基于氨基酸衍生物的小分子凝胶,详细研究了这些胶凝剂分子在凝胶体系的组装行为,并在超分子结构控制、功能化等方面进行了探索性研究。工作主要包括以下三个方面:
1)合成了基于谷氨酸的Bola型两亲分子,这种分子可以在水中形成水凝胶,得到的是单臂的螺旋纳米管结构。利用一个偶氮苯衍生物与这种胶凝剂分子在分子层次和超分子层次上进行共组装,分别实现了胶凝剂分子到偶氮基团的手性传递和偶氮苯基团的手性聚集。经过交替的紫外光和可见光照,分别实现了手性光学开关可见光学开关的构筑。
2)设计合成了几种具有C3对称性的谷氨酸衍生物胶凝剂,详细的研究了支链为谷氨酸二乙酯的为胶凝剂的成胶行为。这种分子可以在很多的有机溶剂或者混合有机溶剂中形成凝胶,得到的都是六方纳米管结构,实现了有机纳米管的普适性构筑。这种分子在混合溶剂中成胶时,首先将胶凝剂溶解在一种易溶溶剂中,然后与另外一种不易溶的溶剂混合即可实现室温下的瞬间成胶。由于可以选用的溶剂组合非常多,所以通过将功能分子,如生物大分子,小分子染料,高分子等实现溶解在这其中一种溶剂中,就可以成功的将这些分子引入到纳米管内。纳米管的包裹高效而且具有普适性。这些复合的纳米管结构还可以气液界面形成高度有序的排列。
3)设计合成了一系列的甘氨酸和丙氨酸衍生物,实现了在非手性凝胶体系中手性纳米结构的构建。甘氨酸衍生物可以在乙酸乙酯凝胶中形成对温度和浓度响应的树枝状的螺旋纳米带结构。利用手性掺杂实现了这种结构的手性控制;这种甘氨酸衍生物在正己烷中的组装是温度依赖的,在较高温度下可以具有相反的手性分支的束状结构;通过外消旋的丙氨酸衍生物混合物构建了螺旋纳米带结构,研究了组装中的手性问题。