主链型“分子纳米粒子”序列结构的合成与自组装行为探究

This proposal will exploit the preparation and self-assembly behavior of novel molecular nano-particle (MNP) sequences and their hybrid materials with precise chemical structures based on functionalized pentiptycene. Firstly, novel MNP with triple orthogonal reactivity will be designed and synthesized based on pentiptycene. Furthermore, iterative method combined with “click” reaction will be applied to synthesized predesigned MNP sequences in a rapid and precise way. Secondly, fine tuning of the self-assembly structures of different MNP sequences will be achieved by precisely controlling the position of MNPs and types of functional groups will be tuned to systematically study the self-assembly structures of different MNP sequences. Thirdly, specific MNP sequences will be used to adjust the self-assembly of polymer systems in order to achieve pre-designed nano-structures. By the inclusion of MNP sequences with polymeric system, better control over the self-assembly process will be obtained. We believed that this project will provide novel building blocks and controllable MNP sequences based on pentiptycene, and the systematical study on the self-assembly of MNP sequences and their hybrid materials will definitely open new avenues towards advanced functional materials.

本项目拟通过迭代法制备基于官能化五蝶烯分子的精确序列结构及其杂化物分子，研究序列结构和杂化物的本体可控自组装行为。计划开展以下几个方面的研究：(1) 合成一类具有三重正交反应活性的、基于五蝶烯分子骨架的新型“分子纳米粒子”，用迭代法结合连续点击化学的方法，快速制备顺序可控的“分子纳米粒子”序列；(2) 通过调节单体顺序和官能团种类等参数系统地研究这种“分子纳米粒子”序列大分子在本体中的自组装行为规律；(3) 进一步用序列结构来多级调控聚合物的自组装行为，期望得到各种新型的自组装相态。本项目将发展一类新型的“分子纳米粒子”五蝶烯和精确可控序列结构，通过深入探究此类合成序列大分子结构以及杂化物分子在自组装过程中的行为规律，为设计和制造先进功能材料提供一种新的思路与理论指导。

本项目通过迭代法制备基于官能化五蝶烯分子的精确序列结构及其杂化物分子，研究序列结构和杂化物的本体可控自组装行为。主要分为纳米补丁粒子的研究，这个课题中采用五蝶烯分子骨架成功制备一系列具备D2h对称性的纳米补丁粒子。通过五蝶烯骨架表面两种不同反应基团的正交反应活性特点，在五蝶烯表面进行修饰，同时第二活性位点引入其他组分。作为原型分子，我们在五蝶烯表面修饰上全氟碳链或者亲水性的羟基基团，在第二活性位点引入聚苯乙烯分子构筑纳米补丁粒子。通过调节两种组分的尺寸大小，成功制备了一系列的纳米补丁粒子。这一研究大大拓展了分子纳米粒子种类，同时提供了更多的模型分子用来研究分子尺度到介观尺度的结构演变过程。项目的第二部分主要研究了分子纳米粒子序列结构的单体顺序对分子链折叠的影响。在用迭代法结合连续点击化学的方法，快速制备了顺序可控的“分子纳米粒子”序列。通过四次循环，分子量最高可以达到10000 Da。这一系列具有精确结构的纳米粒子序列结构通过制备了一系列具有不同厚度的单层二维分子力膜。通过调节纳米粒子序列结构中亲水粒子的位置，在二维单分子膜结构中的分子构象发生改变，从而得到不同的膜厚度，同时本项目还结合计算机模拟与实验表征互相印证。这一分子序列结构的设计与成功制备为Langmuir-Blodgett技术中分子链构象控制提供了一种全新的方式。