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1、目录1 引言错误 ! 未定义书签。1.1 两亲分子错误!未定义书签。1.1.1 两亲分子的概念与应用错误!未定义书签。1.1.2 传统两亲分子的局限性错误!未定义书签。1.2 超两亲分子41.2.1 超两亲分子的概念与优势41.2.2 超两亲分子的组装推动力51.2.2.1 主客体相互作用 51.2.2.2 静电相互作用 51.2.2.3 电荷转移相互作用 61.2.2.4 氢键相互作用61.2.2.5n-n相互作用61.3 环糊精的性质61.4 论文选题与内容72实验部分 82.1 实验试剂82.2 实验仪器82.3 实验方法83 实验结果与讨论 错误 ! 未定义书签。3.1席夫碱（FCI）
2、的形成及表征83.2FCI与b-环糊精的包合物的形成93.3 超两亲分子自组装形貌的表征104 总结错误 ! 未定义书签。参考文献 错误!未定义书签。新型超两亲分子自组装体系的设计与表征化学专业 1302 班：赵欢欢指导教师：李尚洋摘要：近年来,一些新颖的两亲分子已经逐渐超出人们所熟知的表面活性剂传统结构,并且形 成了一些新的概念，例如超两亲分子。超两亲分子在非共价键的合成过程中，能够很容易地 引入合适的功能基元，组装形成功能型的超两亲分子。这使得其在功能性超两亲分子的制备 方面尤其是刺激响应型超两亲分子的制备方面优势展露无遗。本文旨在合成具有多重响应性 的功能性超两分子，探索超两亲分子的构建
3、、自组装行为，并期待可以通过外界刺激响应 使超两亲分子在特定条件下改变自身的性质和结构，调控其两亲性，实现可控的自组装与解 组装。关键词：超两亲分子；可控自组装；刺激响应；环糊精Design and characterization of self-assembled systems based onnovel supramolecular-amphiphilesAbstract:In recent years,amphiphiles with novel structures have gradually been developed and formed some new concepts
4、,such as supramolecular amphiphiphiles,Supramolecular amphiphiles can conveniently introduce suitable functional units into assembly by noncovalent synthesis. This property makes it possible for the preparation of functional system, especially for the preparation of supramolecular amphiphiles with r
5、esponsiveness. This research mainly focues on the construction of supramolecular amphiphiles with muti-responsive function, containing the design of building blocks and the observation of morphology. We hope that the structure of supramolecular amphiphile could be changed, thus controllable self-ass
6、embly and disassembly could be realized by external stimulus.Keywords:Supraamphiphiles;Controlledself-assembly;Stimuli-responsiveness; Cyclodextrin1引言1.1两亲分子1.1.1两亲分子的概念以及应用既具有疏水的尾部又具有亲水的头部的分子称为两亲分子，疏水尾部一般由 长的脂肪链构成，而亲水头部一般由胆碱、铵盐等极性基团构成1, 一般疏水部 分和亲水部分是通过共价键连接起来的，当两亲分子在水中溶解的时候，亲水头 基就会暴露在水中，疏水的部分则会聚集在一
7、起，根据不同的亲水部分和疏水部 分可以将两亲分子分为很多种类，因此无论是在溶液中还是在界面上都有着不同 的自组装行为，自组装成为各式各样聚集体，我们将这一特性称为两亲分子的两 亲性。(a) DouNe-chain type Bda amphiphiles|b) Triple-Ghain type(c) Quadrupte-ctiain typeff) Gemini amphiphile(g) Catanionic ampmpNi&(d Sinflla-chain type=8图1两亲分子的拓扑结构两亲分子又名表面活性剂。因为它的性质和结构独特，应用范围很大，加 入一点儿就可以产生很大的作用，因
8、此又名工业味精。人们在生活中常见的 洗面奶、洗洁精、洗衣粉等，它们的主要成分其实就是表面活性剂。而且两亲分 子还广泛应用于轻工、食品、纺织及三次采油等领域4。所以，可以说两亲分子 在我们生活中处处可见，是我们最重要的化工产品之一。两亲分子的自聚集的性 质是其主要应用原理，它在水中会自动聚集成胶束聚集体，一些本来不可以溶于 水的油溶性物质能到聚集体的内部中去，因为聚集体的内部是疏水的。1.1.2传统两亲分子的局限性尽管两亲分子已经取得一定进展，但是它仍具有一些不能忽视的发展局限。传统两亲分子之间的连接方式是共价键，所以我们一般都需要经过繁琐的化学合 成来制备新型两亲分子，这样不仅会产生副产物，危
9、险性增大，而且成本也会提 高5。比如先前霸王洗发水，它含有的具有致癌性的二恶烷就是副产物。综上所 述传统两亲分子有合成困难、不易功能化等诸多问题。合成会更难，如果我们把 两亲分子连接上响应基团，我们现在急需解决的一个很重要的问题就是怎么才能 简单、无污染的制备各式各样的两亲分子，1.2 超两亲分子1.2.1 超两亲分子的概念与优势分子化学是基于共价键的化学，即人们利用分子之间形成共价键，合成了 各种各样的化合物从而加以研究的科学6。然而伴随着分子化学的疾速发展，人 们慢慢的发现许多新现象产生的原因不只是关系到了单个分子，还关系到了分子 有层次、有序的聚集，这使得化学的研究层面从分子转向超分子。
10、超分子化学是 基于分子和分子组装体之间弱相互作用的化学，是超越分子层次的化学，是基于 电荷转移相互作用、主客体作用、n-n相互作用、氢键等分子间非共价作用力的 化学学科7，简言之，研究多个分子经过非共价键作用而构成的功能体系的科学 即为超分子化学，他的研究范围包括超分子器件、分子识别、超分子自组装、超 分子材料等方面。将两亲分子与超分子相联合，就会衍生出超两亲分子的概念。超两亲分子是 亲、疏水两部分通过非共价健连接而成的两亲分子 8-12，通过这种途径绕开复杂 的化学合成，实现两亲分子的简易制备。这是超两亲分子结构上的一大优势。这 种独特的优势在功能性两亲分子的制备方面展露无遗 ,尤其是刺激响
11、应型。这个 体系指的是由于特定外部环境条件的变化而引起本身较大的化学和物理变化的 体系。刺激响应型两亲分子的制备是通过共价作用将两部分连接到一起的，这样 的连接方式往往需要繁琐的化学合成，而且在化学合成反应完成后，某些响应位 点，特别是有特殊功能的位点，响应性会减少甚至消失 13。超两亲分子是通过 非共价键作用力构筑的，在非共价键合成的过程中，加入适当的功能基团是很容 易的，我们可以组装形成功能型超两亲分子。除此之外，它对外部环境会更加敏 感，因为非共价键的可逆性和可控性比较好，我们可以通过外界刺激响应，可以 在特定条件下使超两亲分子改变本身的性质以及结构，调控超两亲分子的两亲 性，完成可控的
12、自组装以及解组装。图2具有不同拓扑结构的超两亲分子122超两亲分子的组装推动力我们能够合成、设计基于共价键的具备不同的拓扑结构的两亲分子。与此 对应的，我们还能够组装、设计基于非共价键的具备不同的拓扑结构的超两亲分 子。非共价合成是一种非常有效的构筑很复杂的化学结构的自组装的方法14， 是用来构筑高度复杂性化学结构的一种有效手段15 o组装推动力能够是几种分 子之间相互作用的协同或者共同作用，还能够是单一的某一种分子间的相互作 用。然而，超两亲子一般都是在一种驱动力起到主要作用，许多种驱动力相互协 调作用下形成的。1.2.2.1主客体相互作用在各种弱相互作用中，主客体相互作用应用范围最广。构筑
13、具有特殊功能、 性质的超两亲分子体系的重要基础之一就是利用主客体分子之间的相互识别。 Kim小组在2002年报道了利用主客体相互作用制备超两亲分子的相关成果。 截止日前，化学家普遍研究的主体化合物最主要包括环糊精、环番、柱芳烃等。 这些主体分子都能通过特异性地识别作用包合具有不同结构的客体分子，但是它 们的性能以及结构特点都不同。所形成的主客体体系具备广大的发展前景，在设 计和制备超分子纳米器件以及剌激响应型功能材料方面。1.2.2.2静电相互作用包含静电斥力和静电引力两种，带电分子或原子之间的相互作用被称为静电 相互作用，电荷间距离越大，静电力越小，二者成反比例关系。四周所有的相反 的离子都
14、会与离子发生这个作用。会减小电荷间相互作用强度、屏蔽电荷间的相 互作用的称为离子缔合作用。静电作用在超两亲分子的构建中应用范围很广，因 为即使在远远大于共价键距离的范围，虽然屏蔽作用仍然有，但是静电力作用依 旧很强。122.3电荷转移相互作用当电荷受体、电荷供体相互接近时，电荷受体的空轨道和电荷供体的电子云 发生重叠，这样就会产生电荷转移相互作用。缺电子的电荷受体、富电子的电荷 供体之间的相互作用就是电荷转移相互作用。张希等16用亲水性的电子给体 PYR和疏水性的电子受体DNB的连接，形成bola型的超两亲分子。单独的PYR 分子会在水中形成管状聚集体。而加入DNB以后，会生成了电子转移复合物
15、， 相应的聚集体也由管转变为囊泡17。1.2.2.4氢键相互作用氢键是氢原子与半径小、电负性大的原子接近时，一种以氢原子为媒介而形 成的特别的分子间作用力。氢键是一种重要的构筑超两亲分子的作用力，而且种 类繁多，具备选择性、方向性。郑利强等18利用脂肪酸以及十二烷基胺间的静 电和氢键作用构筑了新型的超两亲分子。并且通入二氧化碳、改变溶液的酸碱度， 这样会造成氢键与静电作用的互化，从而形成具有不同自组装性质和拓扑结构的 超两亲分子。1.2.2.5n-n相互作用超两亲分子能够通过芳香堆叠作用构建，Wuthner等用PBIS即芘酰亚胺合 成超两亲分子19。将合成的哑铃形两亲分子和含有PBI基团的楔形两亲分子混 合，它们可以共组装成具有新拓扑结构的超两亲分子，从而它们可以自组装形成 囊泡聚集体，这种囊泡由堆积参数调节。1.3环糊精的性质环糊精、环联吡啶、冠醚以及葫芦脲等多种分子都能用来超分子体系的构建, 其中环糊精由于它的对光无吸收、生物降解、无毒等性能 ,，越来越多地被广泛 的应用在光学、药物运输、生物、催化、传感器等领域。淀粉被生物降解就可以 产生环糊精，它是D-( + )吡喃葡萄糖单元通过a -1,4-糖苷键连接而成的内腔疏 水，外壁亲水的一组环低聚糖, 可以有效地包含疏水性的小分子, 外表形状像“截 顶圆锥”20-22。常见的环糊精有为a ,卩和Y -环糊精三种，它们分别由
