含β-环糊精的新型超分子聚集体结构及其形成机理

论文摘要

超分子化学是研究分子组装和分子间键合的化学。自1987年Lehn等三位科学家因在该领域的研究成就获诺贝尔化学奖后，其交叉科学的特质引起了广泛的关注。作为超分子化学的主要分支，主客体化学从大环化合物的研究进展中得到了发展。在主客体相互作用的过程中，主体和客体分子通过形成主客体包结物构筑超分子一维、二维、或者三维网络结构，因此，体系的流变学行为会随之发生变化，甚至产生相变。环糊精作为主体化合物能与多种有机、无机以及生物分子形成主客体包结物。这种主客体之间的相互作用不仅受客体尺寸、极性和电性等自身因素的影响，而且受到体系的温度、pH、介质极性以及场效应等外界环境的影响。因此，可通过选择客体或调整环境条件等方式来调节这种相互作用。基于上述思想，本论文设计、合成了双主体双客体超分子构造子，研究了二者之间的主客体相互作用；合成了侧链携带相应客体的高分子，利用双主体化合物对客体分子的特异识别，搭建了新颖的超分子结构；并利用静电和氢键作用制备了刺激响应型的两组分物理凝胶，为后继新颖的超分子材料的设计和制备奠定了基础。本论文研究工作主要由三部分构成：（1）以β-CD为原料合成了四苯酐桥联β-CD；又以二茂铁为原料合成了二茂铁甲醛，利用二茂铁甲醛与丁二胺的缩合反应以及氢化铝锂对缩合产物的还原反应，合成了双客体物理交联剂，再对其进行甲基化得到N，N′-双（二茂铁亚甲基）丁二胺季铵盐。通过红外光谱、1HNMR谱和元素分析等手段表征了合成化合物的组成和结构，并利用核磁、红外、差示扫描量热、循环伏安、透射电镜等手段研究了两者在水溶液中的主客体相互作用，组装成了具有新型纳米结构的超分子聚集体。（2）以二茂铁甲酸为原料，合成了二茂铁甲酰氯、二茂铁甲酰乙二胺以及含有二茂铁基的可聚合单体。并将此单体与N-异丙基丙烯酰胺共聚，制备了水溶性较好的侧链携带二茂铁基的聚合物。以循环伏安、紫外可见吸收光谱、扫描电镜等手段对其与双主体化合物桥联β-CD之间的主客体包结作用的研究表明，在适当条件下，侧链上的二茂铁基被桥联β-CD包结，在高分子链间形成物理交联。这就为搭建电场刺激响应型的超分子结构，设计制备新的智能型软物质奠定了基础。（3）制备了基于β-CDNH2和PAA相互作用的两组分物理凝胶，并以扫描电镜、X射线衍射、红外光谱等手段研究了两者在溶剂NMP中和固态时的相互作用，利用凝胶的盐效应和酸效应实验间接说明了静电力在凝胶形成过程中所起的作用，根据已有的实验结果，提出了可能的成胶机理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 主客体相互作用研究中的物理方法
• 1.1 波谱学方法
• 1.1.1 紫外可见（UV-VIS）和荧光光谱（Fl）
• 1.1.2 圆二色光谱（CD谱）
• 1.1.3 核磁共振波谱（NMR谱）
• 1.1.4 红外（IR）和拉曼光谱（Raman）
• 1.2 显微学方法
• 1.3 衍射学方法
• 1.3.1 X射线衍射技术
• 1.3.2 中子衍射技术
• 1.4 量热法和热分析技术
• 1.4.1 量热法
• 1.4.2 热分析技术
• 1.5 其他方法
• 1.5.1 分子模拟方法
• 1.5.2 电化学方法
• 1.5.3 萃取技术
• 1.6 发展前景
• 第二章 四苯酐桥联β-环糊精与N,N′-双（二茂铁亚甲基）丁二胺盐相互作用研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂和仪器
• 2.2.2 四苯酐桥联β-环糊精的制备
• 2.2.3 双二茂铁甲醛缩丁二胺的制备
• 2.2.4 N,N′-双（二茂铁亚甲基）丁二胺的制备
• 2.2.5 N,N′-双（二茂铁亚甲基）丁二胺盐的制备
• 2.2.6 样品配制和相关测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 四苯酐桥联β-环糊精的组成和结构
• 2.3.2 双二茂铁甲醛缩丁二胺的组成和结构
• 2.3.3 N,N′-双（二茂铁亚甲基）丁二胺的组成和结构
• 2.3.4 N,N′-双（二茂铁亚甲基）丁二胺盐的组成和结构
• 2.3.5 N,N′-双（二茂铁亚甲基）丁二胺盐与桥联β-CD的主客体相互作用
• 2.4 结论
• 第三章 侧链携带二茂铁的聚N-异丙基丙烯酰胺与桥联β-环糊精作用研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂和仪器
• 3.2.2 二茂铁甲酰氯的制备
• 3.2.3 二茂铁甲酰乙二胺的制备
• 3.2.4 单体的制备
• 3.2.5 单体与N-异丙基丙烯酰胺共聚物的制备
• 3.2.6 样品配制和相关测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 二茂铁甲酰氯的组成和结构
• 3.3.2 二茂铁甲酰乙二胺的组成和结构
• 3.3.3 单体的组成和结构
• 3.3.4 侧链携带二茂铁基的聚N-异丙基丙烯酰胺的组成和结构
• 3.3.5 侧链携带二茂铁基的聚N-异丙基丙烯酰胺溶液相行为的UV透光率法研究
• 3.3.6 侧链携带二茂铁基的聚N-异丙基丙烯酰胺与桥联β-CD的主客体相互作用
• 3.4 结论
• 第四章 氨基β-环糊精与聚丙烯酸两组分体系的胶凝行为研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂和仪器
• 4.2.2 单-6-脱氧-6-氨基-β-环糊精的制备
• 4.2.3 聚丙烯酸的合成
• 4.2.4 样品配制和相关测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 单-6-脱氧-6-氨基-β-环糊精的组成和结构
• 4.3.2 聚丙烯酸的表征
• 4.3.3 凝胶的扫描电镜分析
• 4.3.4 凝胶的XRD分析
• 4.3.5 凝胶的红外光谱分析
• 4.3.6 盐效应和酸效应实验
• 4.3.7 可能的成胶机理
• 4.4 结论
• 总结
• 附录
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果