基于主客体相互作用的超分子聚合物的研究进展

基于主客体相互作用的超分子聚合物的研究进展

卫丹

陕西国际商贸学院陕西西安712046

摘要：基于主客体相互作用的超分子聚合物已经成为超分子科学领域的研究热点之一。本文简要介绍了基于主客体相互作用的超分子聚合物，并按照冠醚衍生物、环糊精衍生物、杯芳烃衍生物等不同主体综述了基于主客体相互作用的超分子聚合物的相关研究进展。

关键词：主客体相互作用；超分子聚合物；冠醚衍生物；环糊精衍生物；杯芳烃衍生物

1引言

随着超分子化学研究的深入，现已逐渐渗透到纳米科学、功能材料、材料化学等各个范畴。[1]传统主客体化学研究对象尺寸约在1nm一下，使其在功能材料方面的应用具有一定局限性，所以，我们试图将该类主客体结构进行功能化并进一步自组装为有序的超分子聚合物。[1]

狭义上说，基于主客体相互作用的超分子聚合物指的是单体分子借助主客体之间的识别特性自组装而得到的一类聚合物。广义上讲，超分子聚合物还包括从大分子自组装获得的聚合物以及（准）聚轮烷结构。研究者已对大分子自组装领域取得的进展进行了系统的归纳。基于主客体相互作用的超分子聚合物是一种新型的纳米超分子组装体，具有独特的性能以及广阔的应用前景。[2]

2基于冠醚衍生物的超分子聚合物

Gibson研究小组在冠醚为主体的线形超分子聚合物的研究工作中取得了接连进展。他们设计了基于该识别体系的AA/BB型单体。接下来，利用双苯并-24-冠-8/二级铵盐（DBA）识别体系构建超分子聚合物。[3]该小组还制备了新型树枝状聚合物，其内核部分为准轮烷结构。除此之外，他们还制备了2个聚丙烯亚胺树枝状大分子可以通过加入paraquat来形成表面为准聚轮烷结构的树枝状聚合物。[4]

机械互锁的超分子聚合物的新颖的化学结构以及潜在的应用价值越来越引起人们的兴趣。Stoddart研究小组将一个主体分子上含有醛基的[2]轮烷，与三苯基磷封端基团发生封端交换得到互锁雏菊链超分子寡聚物。[5]Takata研究小组以合成的一个大环主体及封端单元上分别含有炔烃以及碘代官能团的[2]轮烷为AB型单体，发生Sonogashira聚合反应，在高浓度下制备了机械互锁聚合物。[6]Grubbs研究小组将金属复分解反应和ADMET聚合反应结合，制备了环状二聚雏菊链结构，并在聚合物结构中引入机械互锁键。[5]

3基于环糊精衍生物的超分子聚合物

Harada课题组成功的制备了第一个人工合成的螺旋状手性超分子聚合物。[8]除了以AB型单体外，桥联环糊精二聚体与桥联客体二聚体可以作为AA/BB型单体，自组装形成线形超分子聚合物。Harada课题组合成了1，2-二苯乙烯桥联的β-CD二聚体作为组装单体。刘育研究小组对功能化桥联β-CD二聚体的组装行为做了深入的研究。他们制备了以三缩乙二胺桥联的β-CD二聚体和以杯芳烃桥联的偶氮苯二聚体为构建基元，通过β-CD和偶氮苯之间的包结络合作用，制备了水溶性的金属帽式超分子聚合物。刘育课题组也合成了一系列取代苯环与β-CD桥连的AB型单体，并研究了它们在溶液及固相时的自组装行为。[6]刘育研究小组还报道了利用聚轮烷作为β-CD二聚体的桥联单元，对聚轮烷进行自组装形成结构复杂且功能化的超分子组装体。他们在准聚轮烷的两端均采用β-CD封端，所形成的构建基元可通过末端β-CD与C27富勒烯络合，形成线形超分子聚合物。[7]

4基于杯芳烃衍生物的超分子聚合物

Haino研究小组合成了两端为刚性芳香炔基桥联的互扣双杯[5]芳烃二聚体，以及含有C27富勒烯二聚体的哑铃状化合物，利用该识别体系可进行AA/BB型单体自组装。[8]Takeoka研究小组合成了吡啶盐衍生化的杯[4]芳烃，氢谱以及电喷雾质谱均证实在该AB型组装单体中主客体之间通过离子-π相互作用力络合，在溶液中自组装形成超分子线形寡聚物的结构。[9]Parisi研究小组将氨基通过长链烷基引入到杯[5]芳烃的下缘，通过对氨基的质子化，所形成的伯胺盐能够与杯[5]芳烃络合，得到超分子线形寡聚物。Paek研究小组研究了穴状杯芳烃通过疏水、π-π堆积等非共价键相互作用形成的超分子组装体结构。Dalcanale研究小组设计并合成了一个基于穴状杯芳烃的单体，通过将两个吡啶分子连接于穴状杯芳烃的下缘，即可利用两分子穴状杯芳烃之间的π-π堆积相互作用，以及吡啶与金属钯的配位作用，形成动态可逆的线形超分子寡聚体。[10]

5结论与展望

超分子聚合物作为交叉学科的衍生物而倍受研究者们的高度关注。基于生物体系中常见主客体非共价键相互作用制备新型动态功能材料已逐渐成为研究热点之一。通过人工合成的方法制备构建基元，通过自组装形成各种拓扑结构新型的纳米超分子组装体，该动态功能材料具有独特的性能以及广阔的应用前景。

参考文献：

[1]LiulinYang，XinxinTan，ZhiqiangWang，XiZhang.Chem.Rev.2015，115，7196-7239.

[2]BrucsveldL.，FolmerB.J.B.，MeijerE.W.，SijbesmaR.P.Chem.Rev.2001，101，4071-4098[6]GreefT.F.A，MeijerE.W.Nature.2008，453，171-173.

[3]LiuY.，WangZ.，ZhangX.Chem.Soc.Rev.2012，23（18），5922-5920.

[4]HuangF.，NagvekarD.S.，ZhouX.，GibsonH.W.Macromolecules.2007，40，3261-3229.

[5]GuidryE.N.，LiJ.，StoddartJ.F.，GrubbsR.H.J.Am.Chem.Soc.2007，129，8944-8945.

[6]LeungK.C.F.，AricoF.，CantrillS.J.，StoddartJ.F.J.Am.Chem.Soc.2005，118，5808-5810.

[7]LiuY.，WangZ.，ZhangX.Chem.Soc.Rev.2012，23（18），5922-5920.

[8]HuangF.，SchermanO.A.Chem.Soc.Rev.2012，23（18），5879-5880.

[9]YanX.，WangF.，ZhengB.，HuangF.Chem.Soc.Rev.2012，23（18），2724-2325.

[10]YangS.K.，AmbadeA.V.，WeckM.J.Am.Chem.Soc.2010，120（5），1637-1645.

基金项目：本论文由陕西国际商贸学院校级科研项目（项目名称：SPI/PAA纳米水凝胶的制备及其对苯扎氯铵负载与控释行为研究，项目编号：SMXY201918）支持发表。