基于葫芦[7]脲主体的功能超分子体系的构筑及应用研究
2014-03-10博士研究生张小辉导师
博士研究生 张小辉 导师 李 嫕,曾 毅
(学位授予单位 中国科学院 理化技术研究所,北京100190)
超分子化学是研究两个或两个以上分子通过非共价作用形成复杂有序体系的科学.主客体化学是超分子化学的重要研究内容之一,构筑具有环境响应性质的新型主客体功能化体系是主客体及超分子化学研究中的重要内容,具有广泛的应用前景。本论文合成了一系列外围修饰不同客体分子的功能树枝形聚合物体系,研究了葫芦[7]脲(CB[7])主体分子和树枝形聚合物外围客体分子的组装行为,探讨了主客体作用在药物可控释放和提高光捕获体系性能中的应用;构筑了一系列聚集诱导发光基团修饰的两亲分子,研究了自组装、与CB[7]主客体作用对体系发光的影响。取得的研究结果如下:
1.合成了0~2代外围修饰四硫富瓦烯(TTF)的聚酰胺-胺(PAMAM)功能化树枝形聚合物Gn-PAMAM-TTF(n=0~2),在水相体系中形成直径为80nm~100nm的纳米球结构的聚集体,可包裹疏水底物分子.聚集状态下树枝形聚合物外围的TTF基团在氧化剂和还原剂作用下发生可逆的氧化还原过程,氧化后每一个末端的TTF+·基团与CB[7]形成1∶1的包结复合物,0~2代结合常数均在106mol-1·L量级。包结复合物的形成使纳米球结构变疏松,诱导包裹的底物分子逐渐释放,利用动态光散射、冷冻透射电镜和电子顺磁共振实验验证了释放的机理。本工作为氧化原与超分子作用协同调控药物释放体系的研究提供了新的思路。
2.合成了1~2代外围修饰色氨酸(Trp)基团的水溶性树枝形聚合物Gn-PAMAM-TrpH (n=1,2)。Gn-PAMAM-TrpH外围Trp基团在水相中与CB[7]发生自组装,形成1∶1包结复合物,结合常数为105~106mol-1L,该组装是可逆过程。CB[7]与Trp基团的主客体结合可调控光功能树枝形聚合物的发光性质,0.5摩尔当量CB[7]与Trp结合时,树枝形聚合物的荧光最强;向体系中引入能量受体9-蒽甲酸,体系中发生从Trp基团向蒽的能量传递过程,加入0.5摩尔当量CB[7]使体系能量传递效率提高了170%。
3.合成了不同链长烷基链连接四苯基乙烯(TPE)和紫精(EV)基团的两亲性分子TPE-Cn-EV(n=2,6,8,12).TPE-C2-EV形成基态分子内电荷转移复合物;在水中不能形成稳定的聚集体。TPE-Cn-EV(n=6,8,12)在水中有两个临界聚集浓度c2和c3(c2<c3),浓度在c2和c3之间时,聚集体的形成限制了两亲分子中TPE的构象运动,抑制了非辐射跃迁,体系发光增强;浓度大于c3时,聚集体中基态分子间电荷转移作用增强,体系发光减弱.TPE-Cn-EV(n=2,6,8,12)可与CB[7]形成1∶1的包结复合物,主客体结合使TPE-C6-EV聚集体荧光增强,对TPE-C8-EV聚集体荧光影响不大,使TPE-C12-EV聚集体荧光降低。分析是主客体作用减弱了体系对TPE聚集诱导发光的增强作用以及抑制体系基态电荷转移和激发态电子转移共同作用的结果。