氢键论文：氢键有机硅相分离自组装超分子聚合物

超分子化学的自组装与控制超分子化学是指由分子自组装而成的一种化学形式。

在超分子体系中，分子之间通过卤键、氢键、范德华力等非共价作用力相互作用，从而形成新的结构和功能。

超分子化学研究的核心问题是如何通过对分子之间的相互作用的控制来实现自组装过程的选择性和可控性。

本文将探讨超分子化学自组装与控制的相关内容。

自组装的基本原理自组装指的是分子之间相互作用而形成的自然排列、对称性和结构的过程。

自组装可分为非共价自组装和共价自组装两种。

其中，非共价自组装是指通过分子之间的非共价相互作用力（卤键、氢键、范德华力等）相互作用而形成的一种自组装。

共价自组装是指通过共价键反应形成二维或三维结构的一种自组装。

在超分子体系中，分子之间不同类型的非共价相互作用起着关键作用。

例如，卤键作用一般发生在氟、氯、溴等卤素原子与烷基、脂肪酸分子的相互作用中；氢键一般发生在氢原子与氧、氮等具有电负性原子的相互作用中；范德华力作用则是各类分子之间的一种长程相互作用力。

自组装的控制超分子体系中的自组装过程可通过多种方式来控制。

其中，最常用的方法是设计和制备具有特定功能的分子材料，以实现分子自组装过程的选择性和可控性。

1. 功能化分子控制：通过在分子结构中引入反应活性基团或指向性官能团，可以控制分子之间的相互作用并实现所需的自组装结构。

2. 模板法控制：利用固体表面或聚合物分子等模板材料来控制超分子体系的组装，从而获得可控的二维和三维自组装结构。

3. 外场调控：应用外加电场、磁场、光场等外场作用，在超分子体系中调控分子之间的相互作用，从而实现自组装结构的选择性和可控性。

应用与前景超分子化学的自组装与控制对于许多领域的研究和应用具有重要意义。

例如，在材料科学中，可以通过超分子化学自组装设计多种聚合物、配位化合物和无机纳米材料，以实现新型催化剂、传感器和光电器件的研发。

在生物科学领域，超分子化学技术可以用于设计新型药物和生物传感器等应用。

尽管超分子化学技术的应用远未被充分开发和利用，但它具有广阔的发展前景和研究空间。

超分子化学中的分子识别与自组装超分子化学是研究分子之间非共价相互作用的科学，它的诞生，标志着化学科学由物质的性质和变化向“分子世界”的探索和研究转移。

其中分子识别和自组装是超分子化学中最基础、最核心的概念，也是现代化学、材料科学和生命科学等领域所需的基础学科之一。

本文将从超分子化学的角度，探讨分子识别和自组装的原理和应用。

一、超分子化学简析超分子化学是通过非共价作用构建新型结构和功能的方法。

其中包括氢键、范德华力、离子对吸引、π-π作用等各种非共价相互作用。

在分子之间存在的相互作用力中，氢键是最基本、最重要的一种。

例如DNA中双螺旋结构的形成，各种生理作用的发挥，都离不开氢键的作用。

超分子化学的研究对象主要为分子在溶液中的行为，以及分子之间的相互作用，在这个体系中，分子的性质和功能不仅与分子本身有关，还与周围分子的性质和环境有关。

二、分子识别分子识别是超分子体系中的基础概念。

分子识别是指不同分子之间特异性地相互识别、相互结合的过程。

这种分子间的相互作用是非共价性质的，相互作用力不够强大，因此分子识别是一种特异性的分子间相互作用。

在生物学、化学和药学等领域，分子识别是一种重要的现象和研究问题。

分子识别的过程是一个动态平衡过程。

在这个过程中，分子的结构、功能和属性都发生了变化。

分子识别需要满足三个条件：相互作用力强、选择性强、动态平衡。

相互作用力强是指分子间的非共价作用力要足够强大，才能使得相互作用得以发生。

选择性强是指分子识别必须是特异性的，分子对分子的识别应该是具有一定选择性的。

而动态平衡是指分子识别的过程是不断进展的，分子间的相互作用和分子结构的变化是一个动态平衡的过程。

分子识别的应用涉及到许多领域，例如材料科学、药物研究、化学催化等。

三、自组装自组装是另一个重要的超分子化学概念。

自组装是指分子在特定条件下，按照一定规律进行自身排列的过程。

自组装的思想可以看作是利用自然现象，来构筑新材料或者新分子的一种手段。

超分子分子自组装摘要简单介绍基于氢键、主客体化学、以及金属配位作用形成超分子聚合物的研究进展，着重概述r金属配位超分子聚合物的形成、特点及其与异电荷物质的静电自纽装。

Yin Guanggen(Lightchemical engineer of Nanjing University of Technology P080418)Abstract: Brief based on hydrogen bonding, host-guest chemistry, and metal coordination supramolecular polymer formed by the research progress, focusing on an overview of r metal coordination supramolecular polymer formation, features and materials with different electrostatic charge from the New York installation.最近10年，超分子聚合物作为一种通过非共价键形成的自组装的高分子在高分子和小分子自组装领域备受瞩目。

顾名思义，这类分子具有超分子和聚合物的双重特点。

说它是超分子，是因为这类分子是由小分子单体通过氢键、主客体化学、配位键等非共价键连接而成的分子自组装结构；ig它是高分子，是因为这样的自组装结构拥有数量众多的重复单元，就像由许多结构基元聚合而成的高分子一样。

不同的是，传统的高分子一般是在引发剂存在下，在一定温度和压力下通过聚合反应形成的，其聚合物骨架是由共价键连接的单体形成的。

而超分子聚合物多为具有双官能团的单体在合适的溶剂中通过分子自组装自发形成的，不需要任何引发剂。

由非共价键首尾连接的小分子单体构成了聚合物骨架。

超分子聚合物骨架中非共价键的存在，使得这类分子的聚合与解聚可以非常容易地发生，这赋予了这类物质独特的机械、电子以及光学性质。

超分子化学研究中的自组装现象超分子化学研究是当今化学界的热门研究领域之一，它以分子为基本单位，研究分子之间的相互作用和组装形成的结构性质。

其中，自组装现象是超分子化学研究中的一个关键点。

在这篇文章中，我们将探讨超分子化学研究中的自组装现象，从原理、应用等方面展开讨论。

一、自组装现象的基本原理自组装是指由分子之间的相互作用而形成的结构。

自组装具有以下几个基本特征：（1）无需外界能量的干扰即可自发进行；（2）由初始分子集合形成；（3）由静态平衡所确定。

其中，分子之间的诸多相互作用力是自组装现象的基本驱动力，其中包括静电作用力、范德华力、氢键作用力、金属配位作用力等。

自组装是一个自我组织的过程，涉及到分子之间的相互作用。

分子之间的作用力可为黏附力、范德华力、氢键力、离子键、金属配位键、静电力、π-π相互作用、水合力、疏水作用、磁相互作用等，而这些作用力的大小和特性不同，在自组装过程中发挥着不同的作用。

二、自组装现象的应用A、超分子化学超分子化学是指基于分子间非共价相互作用而实现物理、化学、生物学等领域的功能材料设计和构建。

这项技术通常涉及到自组装现象，可以用于制造材料、用于催化、在药物研究、基因方法和高分子合成等。

B、纳米技术纳米技术是一种能够制造纳米尺寸的物质和工具的知识体系。

纳米技术中的自组装技术是通过分子间的相互作用可以形成不同的结构，控制体系在纳米尺度下的结构和性能。

C、药物研究在药物研究中，自组装技术可以用于开发新型药物，如用于智能药物释放和治疗癌症的载体。

D、智能材料智能材料是指一类能够根据自身内在的能量和信息，自我调整、调节、感知、反应、适应甚至主动控制自身形态和性能的功能材料。

自组装技术在智能材料的设计上拥有重要的作用，从而实现智能电子器件、生物传感器等领域的技术应用。

三、自组装现象的发展与展望随着科技的不断推进，超分子化学作为一种新兴领域在分子材料科学与工程学中占有了举足轻重的地位。

有机分子的自组装与超分子化学研究自组装是一种自发形成有序结构或模式的过程，在自然界和化学合成中都有广泛的应用。

而有机分子的自组装则是当前化学领域的一个热点研究方向。

本文将探讨有机分子的自组装以及其在超分子化学中的应用。

一、有机分子的自组装的基础原理有机分子的自组装是指有机分子通过弱相互作用力（如氢键、π-π堆积、静电作用等）在溶液或固体中自发地形成有序结构或模式的行为。

这种自组装过程是非常普遍的，不仅存在于生命体系中的分子间相互作用中，也存在于人工合成的分子组装体中。

1.1 氢键的作用氢键是有机分子自组装中最常见的相互作用力之一。

它通过氢原子与较电负的氮、氧或氟原子之间的作用力来连接分子。

氢键能够在分子间建立稳定的相互作用，从而促使有机分子在溶液或固态中自发地形成有序的结构或模式。

1.2 π-π堆积的作用π-π堆积也是有机分子自组装中重要的相互作用力之一。

它是由于芳香环上的π电子云之间的相互作用而产生的。

π-π堆积可以形成具有一定方向性的分子排列方式，从而进一步影响自组装结构的形成。

1.3 静电作用的作用静电作用指的是带电粒子与电场之间的相互作用力。

在有机分子自组装中，静电作用可以通过分子中正、负离子之间的吸引力来促使分子自发地组装成有序结构。

二、有机分子的自组装在超分子化学中的应用有机分子的自组装不仅仅是一种基础科学研究，同时也具有很多实际应用价值。

在超分子化学中，有机分子的自组装被广泛应用于材料科学、纳米技术、医药领域等。

2.1 材料科学中的应用有机分子的自组装可以用于材料的设计和合成。

通过调控有机分子间的相互作用力，可以制备出具有特定功能和性质的材料。

例如，自组装聚合物可以作为纳米颗粒的载体，在药物传递和释放方面具有潜在的应用价值。

2.2 纳米技术中的应用纳米技术是一种研究与应用纳米尺度物质的技术。

有机分子的自组装在纳米技术中有着重要的地位。

通过有机分子的自组装，可以控制纳米颗粒的形状、大小和表面性质，进而实现纳米材料的定向组装和功能化。

有机分子的自组装与超分子化学自组装是指分子或者物质在无外力作用下，根据其内在属性和相互作用，通过特定的方式按照一定的规则自发地组装成特定的结构或者形态。

而超分子化学则是研究这些自组装体的化学性质和功能。

近年来，有机分子的自组装与超分子化学已经成为了重要的研究领域，并在多个领域得到了广泛的应用。

一、自组装体的形成机理有机分子的自组装是受到分子间相互作用的驱动。

主要有以下几种相互作用：1. 范德华力：是分子间较弱的吸引力，包括分子间的吸引力和分子之间的取向制约力。

2. 氢键：指分子间形成的强有力的键。

氢键的存在可以导致分子的特异性识别和自组装体的形成。

3. 疏水相互作用：是由于有机分子的结构中含有非极性基团，使得分子亲水性和疏水性区域形成不均匀的相互作用力。

4. 离子作用：指离子之间的相互作用，包括正离子和负离子之间的相互吸引力。

5. π-π堆积作用：指π电子云之间的相互作用，包括π电子云的重叠和范德华力的叠加等。

二、自组装体的分类与性质1. 胶束：由具有疏水性的亲水基团和亲水性的疏水基团组成。

它是一种球形的微粒，疏水基团聚集在内部，亲水基团暴露在外部。

2. 片层：是由两个分子层构成的立方体结构。

其内层由疏水基团组成，外层由亲水基团组成。

3. 纤维：是由聚集在一起的链状分子组成。

纤维的特点是长度远远大于直径，并且可以通过非共价作用力链接形成二维或三维结构。

这些自组装体不仅具有独特的形态和结构，还具有许多特殊的性质：1. 高度有序结构：自组装体的组装过程是受到分子间相互作用的驱动，因此组装体往往具有高度有序的结构。

2. 特异性识别：自组装体内部的分子之间通过特定的相互作用力相互吸引，因此可以实现特异性的识别和分离。

3. 功能性材料：自组装体可以根据分子结构和性质的不同，调控其组装形态和结构，从而实现特定的功能性。

三、自组装体的应用1. 材料科学：自组装体可以作为模板，用于制备纳米材料和器件，例如纳米颗粒、纳米线和纳米孔膜等。

作者简介：周成飞（1958-），男，研究员，主要从事高分子功能材料及其射线改性技术研究。

收稿日期：2021-03-08超分子聚合物是指利用氢键、金属配位、π-π堆积及离子效应等合成的聚合物。

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[1~3]。

而形状记忆聚合物就是能够在界刺激下从一种或多种临时形状转变为预定形状，有4种基本类型:热致、电致、光致和化学感应型，在医疗、包装、建筑、玩具、汽车、报警器材等领域的应用[4~6]。

超分子聚合物和形状记忆聚合物的有效结合，就形成了超分子形状记忆聚合物这一新的研究方向。

本文主要就超分子形状记忆聚合物的合成及应用研究进展作一介绍。

1　合成方法超分子形状记忆聚合物一般可包括氢键超分子聚合物、配合物型超分子聚合物、π-π堆积超分子聚合物及离子效应超分子聚合物。

1.1　氢键作用利用氢键相互作用来制备超分子聚合物是超分子形状记忆聚合物的最重要方法。

Chen 等[7,8]曾以BINA 、HDI 和BDO 为原料合成了一系列含吡啶的超分子聚氨酯（PUPys ）。

结果表明，在吡啶基元和氨基甲酸酯基团区域都存在不同的分子间氢键，并且，这种超分子聚氨酯具有良好的形状记忆效果，即有较高的形状固定度（>97%）和较高的形状恢复率（>91.7%）。

Chen 等[9]还用脲基嘧啶酮（UPy ）二聚体合成了强四重氢键交联的聚乙烯醇（PVA ）超分子网络。

研究发现，该材料表现出良好的热致和水致形状记忆性能，形状恢复率接近99%。

并且，在水和碱性溶液（pH 12）中或在低于120 ℃的温度下具有良好的稳定性。

另外，Kashif 等[10]还在3-氨基-1,2,4-三唑存在下，通过熔融共混两种半结晶马来酸酐化弹性体（马来酸酐化乙烯丙烯二烯橡胶和马来酸酐化聚乙烯辛烯弹性体）制备了形状记忆聚合物复合材料，在这两种弹性体之间形成超分子氢键相互作用。

结果表明，该共混物具有良好的形状记忆性能。

超分子材料的合成及性能研究随着科学技术的不断进步，超分子材料成为了新材料中的热门研究对象。

它以分子为基础，通过一系列化学反应形成具有特殊结构和性质的大分子聚集体，具有独特的物理和化学性质，应用广泛。

本文将从合成及性能两个方面来谈论超分子材料的相关研究。

一、合成超分子材料的合成通常分为配位自组装和非配位自组装两种方式。

其中，配位自组装是指通过在反应体系中加入合适的金属离子或其他配位基，使其与对应的配体自组装形成超分子材料；非配位自组装则是指不加入金属离子或其他配位基，通过化学键、氢键等化学反应，自组装形成超分子结构。

1. 配位自组装配位自组装是超分子材料合成的重要方法。

在其合成中，金属离子与配体之间存在着多种配位键，如金属-配体配位键、氢键、范德华力、离子-离子作用等，因此具有较高的自组装能力。

其合成过程可以控制在温和条件下进行，同时能够得到具有特殊形态和性质的超分子材料。

例如，研究人员采用了过渡金属硼酸络合物Cp*Ru(B3H8)(H)2与有机配体2,2'-bipy的配位反应，成功合成了一种堆积有序的二维超分子结构[1]。

在反应中，Cp*Ru(B3H8)(H)2与2,2'-bipy形成的配合物以一定的间隙堆积形成了层状结构。

此外，近年来，金属氧氟化物的配位自组装也成为了一种重要的合成超分子材料的方法。

例如，研究人员利用钨酸钠与酞菁染料及染料-醇基进一步生成的多醇作为配位体，通过水热法成功合成了一种多孔的三维超分子[2]。

2. 非配位自组装非配位自组装是指在无配位剂情况下，通过一系列物理化学反应自组装形成超分子结构。

与配位自组装相比，非配位自组装不需要添加额外的化学试剂，具有简单、纯洁等优点。

然而，由于没有金属离子等配位体的参与，非配位自组装也受到了限制。

例如，研究人员采用多糖聚合物进行自组装反应，成功合成了一种包裹在有机硅聚合物上的细胞毒素蛋白改性纳米颗粒[3]。

在这个研究中，多糖与有机硅聚合物通过氢键、范德华力等化学作用相互作用，形成了具有特殊结构和性质的超分子材料。

超分子自组装的基础研究超分子自组装是一种独特的分子组装方式，不同于传统的共价化学键，它的结构、功能和性质更加灵活多变。

在这种组装方式下，分子之间基于非共价相互作用，如氢键、范德华力、静电相互作用等，形成到同样性质的超分子体系。

超分子自组装在改进材料性质、设计生物反应、制备纳米器件等领域具有广阔的应用前景，其基础研究也是一个非常重要的课题。

超分子自组装的特点自组装是由非共价相互作用驱动的，因此这种组装方式具有一些独特的特点。

一是远距离控制。

在自组装的过程中，两个分子之间的距离可以远达纳米级别，因此自组装可以实现异相分子之间的组装。

例如，在聚乙烯醇和聚苯乙烯之间形成的自组装体，可以通过调控聚乙烯醇的长度、密度及其分布方式来调节聚苯乙烯微珠的大小、形状、大小分散性、构成等。

二是动态组装。

自组装过程是动态的，分子之间的吸附和解离过程快速、可逆。

这种动态特性使得自组装可以实现自愈合和自修复等功能，实验显示，以聚乙烯醇为核心，聚苯乙烯为壳层，锡的自组装体体系表现出了优异的自愈合能力和自修复性能。

三是多样性。

基于不同非共价相互作用，自组装体系的结构和特性可以实现高度多样化。

例如，通过控制组装温度、时间和物种浓度比例等条件，可以制备出种类丰富的自组装体。

超分子自组装的原理与方法超分子自组装的原理就是独特的非共价相互作用，主要包括以下几种：一是氢键，它是最广泛使用的非共价相互作用，它存在于很多分子中，它的阻哈斯能强，可以形成比较稳定的配对。

二是范德华力，是分子之间除了共价键以外最为重要、常见而又各异的一类非共价相互作用，包括分子间的偶极-偶极相互作用、变形诱导相互作用、分散力等。

三是π-π相互作用力，是指由于电荷云的重叠使分子间的电荷分布密度的关系发生变化产生的一种作用力。

四是静电相互作用，是指具有相反电荷的两个物质之间的相互作用力。

静电相互作用力越大，自组装体越紧密，稳定性越强。

超分子自组装的方法包括几种主要方法，包括自然自组装、人工自组装、模板自组装和固相分子自组装等。

超分子自组装的构建与应用研究超分子自组装是当前材料化学中的一个热门研究方向，它是指分子间弱相互作用力（如氢键、范德华力、疏水作用等）所引起的分子自组装过程。

在这一过程中，分子通过非共价键的相互作用形成了具有结构层次性的组装体系。

超分子自组装涉及到分子的设计、合成、组装和表征等多个方面，其具有可控性、多样性和功能性等特点，在领域涵盖材料、药物、催化、传感、输运、生物组织工程等诸多领域。

本文将从基础理论研究和应用前景两个方面介绍超分子自组装的构建与应用研究。

超分子自组装的构建超分子自组装是由分子自组装而成的大分子结构，这些结构多为单分子层、微胶束、克劳德胶体、自组装纳米通道、自组装膜等，其组成单元多为有机小分子、金属离子、生物大分子、氧化物等。

超分子自组装体系的构建是由克服分子间互斥力而形成的自驱动自组装过程，这一过程主要由如下几个因素决定。

（1）分子的内在性质分子的结构和性质对超分子自组装有重要影响，因为分子的性质可以影响分子间相互作用的类型和强度。

例如，特定的官能团可以通过氢键、π-π作用力、金属离子配位等方式造成分子间有吸引力，从而促进自组装的发生。

（2）可控的外部环境任何时候，分子都处于外部环境的影响之下。

例如，pH值、溶液浓度、温度、添加剂等因素都会直接影响分子间相互作用的类型和强度，从而影响超分子自组装体系的构建。

这样的外部环境是实验条件可以控制的，可以操纵构筑体系的层次结构和形貌。

（3）自我组织的动力因素超分子自组装是通过其内部动力平衡得以维持的，这些平衡反应通常包括静电相互作用、范德华力、氢键、金属离子配位、疏水作用与粘聚力等。

通常，化学键和范德华力作用是分子内部最主要的相互作用力，而分子的动态过程涉及分子内部运动、活动和转化，这些过程是超分子自组装动力因素的基础。

超分子自组装的应用研究由于超分子自组装中的分子间作用是可逆的、动态的，因此超分子自组装材料具有多样性、可控性、功能性、生物相容性等特点，有着广泛的应用前景。