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分子自组装是指在平衡条件下通过非共价键相互作用自发缔合形成稳定的、结构完整的超分子的过程。分子自组装普遍存在于生物体系中,是复杂生物结构形成的基础。分子自组装可以分为两种类型,分子内自组装和分子间自组装。而最近发展起来的共价键自组装-动态共价键化学是对非共价键自组装的一个很好补充。本论文主要在超分子自组装方面做了一些研究,分为三个部分:
第一部分中,利用我们小组早期建立的通过分子内三中心氢键控制得到的平面刚性分子为骨架,引入可逆的反应位点(胺基、醛基和酰肼)作为前体分子。实验证明,由于刚性骨架的高度匹配性,这些前体分子在动态共价键化学的调控下,可以高产率地生成大环结构。同时,通过刚性骨架的模板作用,多达6组分的前体分子可以高效地一次生成7-8个亚胺键,从而形成双环、三环结构,这些大环都可以通过重结晶的方法分离纯化。在该体系中,通过形状的匹配性可以达到高效的自我分类,所以不同的前体分子在同一体系中可以互不干扰地形成相应的大环结构。同时刚性骨架的模板作用也可以促进不可逆大环的高效形成。我们也证明了刚性骨架在成环效果中起的作用。
第二部分中,我们利用第一部分中发展的动态共价键方法合成了各种不同形状的分子包括C3对称,折叠形,直线形和圆形,这些分子可以通过自组装得到不同的纳米形貌。这类组装体过AFM、SEM和TEM进行了详细的表征,并得到了进一步的应用。
第三部分中,我们设计并合成了一种新的芳香酰胺寡聚折叠体,在分子内氢键诱导下可以形成具有“苹果皮”结构的螺旋结构,即一种中间大,两边逐渐减小,具有一定包结能力的分子胶囊。我们对该寡聚体及其片段,采用1H NMR,2D NMR以及X-ray单晶衍射的手段进行了表征和分析。初步的1H NMR研究表明,寡聚体的中间部分具有识别客体分子的功能。