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折叠体是一类能通过非共价键作用驱动而形成有序、紧密构象状态的链状分子。在非共价键作用力驱动的折叠体系中,由于氢键具有较强的稳定性和方向性,它可以严格控制寡聚芳香酰胺折叠体具有平面刚性的构象。利用氢键作用驱动的寡聚芳香酰胺折叠体作为分子骨架,我们可以设计出一类具有严格构象的组装体分子。该类组装体分子中由于氢键体系的构象控制,可使分子中的功能模块保持严格的构象关系,并且功能模块之间的距离和方向可以由氢键的数目和成键模式加以调谐和转变,从而表现出可人为调控的物理性质,为功能材料的设计和发展提供参考。另外近年来动态组合化学的蓬勃发展也启发我们利用折叠体的预组织构象减少动态组合过程中的熵损失,通过不同的非共价键作用力高效组装动态超分子体系。
在第一部分工作中,我们设计并合成了一类以寡聚芳香酰胺氢键体系为桥连体系的卟啉-C60组装体。氢健体系在这类卟啉-C60组装体中起着非常重要的控制整个分子构象的作用。完整N-H…O三中心氢键体系可以使寡聚芳香酰胺折叠体保持平面刚性的构象,从而诱导卟啉和C60结构处于严格的近程面面相对的构象关系中,并且随着氢键数目的减少,体系内σ键内旋转自由度的提高,卟啉和C60之间严格的近程构象关系被打破,随着卟啉与C60之间距离的增加,其相应的光致电子转移过程速率和效率也相应出现递变,光谱性质随氢键数目的减少呈现较大差异。
在第二部分工作中,我们在第一部分工作的基础上,通过在寡聚芳香酰胺折叠体桥连骨架中引入一个吡啶环,利用质子酸来调控氢键体系的成键模式,使得组装体中卟啉和C60之间构象关系发生显著变化,其光致电子转移过程呈现明显的二态规律,外在的微弱化学刺激在卟啉-C60组装体的光谱性质上产生明显的物理响应,为我们开发新型的化学分子开关和放大器提供新的思路。
在第三部分工作中,我们通过分子内氢键驱动的刚性寡聚芳香酰胺骨架构建了一定张角的锌卟啉分子镊,试图能过三种不同的非共价键作用力,遵循超分子识别和组装的基本原理,构建一类新型的三组份动态[3]索烃。