氢键结合 超分子VIP专享VIP免费

收稿:2005年1月,收修改稿:2005年6月3通讯联系人e2mail:tanglm@mail.tsinghua.edu.cn基于氢键作用结合的超分子聚合物王毓江唐黎明3(清华大学化学工程系高分子研究所北京100084)摘要非共价键结合的超分子聚合物由于其特殊的结构及性能引起了广泛的关注。本文在介绍超分子化学、氢键及超分子聚合物的基础上,主要综述了以氢键为结合力的多重氢键作用、羧基(D)与吡啶基(A)作用以及氢键与其它非共价键协同作用形成的超分子聚合物体系,并对超分子聚合物的研究现状及前景进行了评述。关键词超分子聚合物氢键合成超分子化学中图分类号:O631;O641.3文献标识码:A文章编号:10052281X(2006)02Π320308209SupramolecularPolymersFormedThroughHydrogen2BondedNoncovalentInteractionsWangYujiangTangLiming3(InstituteofPolymerResearch,DepartmentofChemicalEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)AbstractSupramolecularpolymersformedthroughnoncovalentinteractionshaveattractedgreatattentionrecentlyduetotheirspecialstructuresandproperties.Thesupramolecularchemistry,hydrogenbondandsupramolecularpolymersareintroduced.Supramolecularpolymersformedbydifferenthydrogen2bondedsystems,includingmultiple2hydrogen2bondedinteractions,hydrogenbondformedfromcarboxylicacidsandpyridines,andmultipleinteractionsincludinghydrogenbondandothernoncovalentbond,arereviewedindetail.Theresearchstatusquoandtheperspectiveofsupramolecularpolymersarediscussed.Keywordssupramolecularpolymers;hydrogenbond;synthesis;supramolecularchemistry1引言1967年,美国科学家Pedersen首先发表了关于冠醚的合成和选择性络合碱金属的报告,揭示了分子和分子聚集体的形态对化学反应的选择性起着重要的作用。Cram则基于在大环配体与金属或有机分子的络合化学方面的研究,提出了以配体(受体)为主体,以络合物(底物)为客体的主客体化学。法国科学家Lehn模拟蛋白质的螺旋结构,超越了大环与主客体化学的研究范畴,首次提出了超分子化学这一概念。他指出:“基于共价键存在着分子化学领域,基于分子组装体和分子间键而存在着超分子化学”。1987年,这三人也因为在主2客体化学方面的突出贡献得到了Nobel化学奖。Lehn教授在其获奖报告中提出了化学信息论及有关分子识别和超分子化学的概念。从此,以非共价键的弱相互作用为研究对象的超分子化学使传统的化学科学发生了一次升华和质的飞跃。超分子是分子之间的结合,借助的结合力是非共价键力。与共价键力相比,非共价键力属于弱相互作用,包括范德华力、静电引力、氢键力、π相互作用力与疏水相互作用等,它们与共价键的对比见表1。超分子体系在主客体化学、生物有机化学、液晶材料、超分子材料与分子器件等方面显示出强大的应用潜力,是设计新颖功能材料的一条全新途径。非共价连接的现象和分子聚集体还在生物结构中发第18卷第2Π3期2006年3月化学进展PROGRESSINCHEMISTRYVol.18No.2Π3Mar.,2006©1994-2006ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net挥着重要的作用,许多生物大分子如蛋白质、核酸等,都是利用了多种分子间或分子内的非共价键相互作用来达到高度有序、互相配合的高级结构。表1共价键与非共价键区别Table1Differencesbetweencovalentandnoncovalentbondscovalentnoncovalentbuildingblockatomsmolecules,ionsbondtypecovalentionic,hydrophobic,metalcoordination,hydrogenbondbondenergy35—135kcalΠmol2—20kcalΠmolkineticstabilityhighlowsolventeffectsecondaryprimary超分子化学具有协同作用的特性,通过协同作用,分子之间能克服弱相互作用的不足,形成有一定方向性和选择性的强作用力,成为超分子形成、分子识别和分子组织的主要因素。总的来说,从超分子化学可得到两点重要启示:一是分子间相互作用力在一定条件下叠加和协同转化为强结合能;二是分子组装成的超分子体系可以具有完全不同于原组成分子的全新性能。应用超分子自组装现象的原理、理论以及技术的阐述,材料科学将超分子...