基于葫芦脲结构的聚合物的设计合成与性能研究

In this project , first different empty cavity structures of single hydroxy or double hydroxy cucurbituril derivatives are prepared through synthesis design, then side chain , main chain and branched polymer containing cucurbituril are synthesized. The structure and properties of these polymers will be characterized by different methods, such as IR , NMR ,GPC,TEM , SEM and DLS. The relationship between the structure and properties of these polymers containing cucurbituril will be studied. Meanwhile,we shall discuss the self assembly behavior of these polymers with amine compounds, polymer contain amine group or polymer containing ferrocene or viologen through different factors. The content of this project is listed as follows: (1) the design, synthesis and characterization of single hydroxy or double hydroxy cucurbituril derivatives;(2)the Synthesis and properties of polymers containing cucurbituril in side chain; (3) the Synthesis and properties of polymers containing cucurbituril in main chain; (4) the Synthesis and properties of branched polymers containing cucurbituril in the tail end of chain （5）Study on the aggregation properties of these polymers with different compounds or polymers contain amine group;(6)Study on the aggregation properties of these polymers with the compounds containing ferrocene or viologen s by adjusting of chemistry or physics factors;(7)Study on the formation of supramolecular hydrogel of these polymer containing cucurbituril with different polymers and viscoelasticity and mechanical properties of these hydrogels. Through this project , we may provide cucurbituril derivatives ,many organic monomer, polymers contain cucurbituril and supramolecular hydrogel with different structure, and increase the contents of synthesis of functional polymers and supramolecular chemistry. We shall also provide new method for the design of supramolecular polymers by study on the relationship between structure and properties.

本项目首先通过合成设计制备具有不同空腔结构的单羟基或双羟基葫芦脲衍生物，然后通过分子设计将葫芦脲大环的结构引入到聚合物分子链中制备含有侧链葫芦脲、主链含有葫芦脲和支化含有葫芦脲大环的聚合物，用IR,NMR,GPC, TEM,DLS等手段进行表征，探索这些聚合物与小分子多胺类、芳香多环胺化合物、含胺聚合物或者含有紫晶、二茂铁聚合物的组装行为，同时研究含有葫芦脲大环的聚合物与聚合物体系组装凝胶结构与性能之间的相互关系。主要内容如下（1）具有单羟基或者双羟基取代葫芦脲衍生物的制备；（2）具有侧链葫芦脲大环结构的聚合物合成与性质；（3）末端带有葫芦脲结构的多支化聚合物的合成及聚合物性质；（4）具有主链含有葫芦脲结构的聚合物的合成与性质；（5）具有葫芦脲大环结构的聚合物与小分子胺类化合物、二茂铁、紫晶类衍生物组装行为；（6）具有葫芦脲大环结构的聚合物与含胺聚合物组装制备超分子凝胶。

利用葫芦脲特殊的结构进行组装形成轮烷或准轮烷在分子开关、分子梭、信息存储等方面，以及葫芦脲的主客体化学在生物体以及药物缓释等方面都具有潜在的价值，将葫芦脲引入聚合物结构不仅改变其溶解性差的缺点，而且拓展了其应用领域，已成为该领域的研究热点。项目主要内容为不同空腔结构葫芦脲大环、具有单羟基或者双羟基取代葫芦脲衍生物的制备和方法；②具有侧链葫芦脲大环结构的不饱和单体及聚合物的合成和性质研究；③ 末端带有葫芦脲结构的聚合物的合成及聚合物性质研究；④具有主链含有葫芦脲结构的聚合物的设计合成与表征；⑤具有葫芦脲大环结构的聚合物与小分子胺类化合物组装行为与性能研究；⑥具有葫芦脲大环结构的聚合物葫芦脲大环与具有氧化还原特征的小分子组装研究；⑦具有葫芦脲大环结构的聚合物与含胺聚合物组装制备超分子凝胶材料。项目执行期间，我们已经完成单羟基6元环葫芦脲衍生物及聚合物，单羟基或者双羟基7元环葫芦脲衍生物或者不饱和单体，并与其他单体进行共聚制备了不同结构种葫芦脲聚合物，完成了16种含葫芦脲结构的聚合物，探索了这些聚合物与含胺类、紫晶类聚合物组装行为，构筑了热敏凝胶聚合物及凝胶化行为的调控。此外，我们也利用葫芦脲大环与其他客体分子等构筑了不同的超分子聚合物，涉及对荧光分子的调控及聚氨基酸分子的凝胶化等工作。相关成果已经授权发明专利4件，另外公开发明专利1件，到目前为止已经发表SCI论文10篇，会议论文11篇，后续许多结果在整理中。项目研究含有葫芦脲大环的聚合物与聚合物体系组装结构与性能之间的相互关系，揭示超分子聚合物的组装特性与功能特点，不仅将制备了不同结构特征的含有葫芦脲结构的聚合物，拓展了葫芦脲的应用领域，而且为具有大环结构聚合物与小分子、功能聚合物组装设计提供新的思路。