[高分子材料] 吉林大学杨英威《JACS》：基于拓展型柱芳烃的超分子组装诱导荧光发射增强

《基于柱[5]芳烃的自组装行为研究》篇一一、引言自组装是一种重要的物理化学过程，在分子尺度上，通过非共价键相互作用，使得分子自发地形成有序结构。

柱[5]芳烃作为一种具有独特结构的大环化合物，其自组装行为的研究对于理解分子间的相互作用、设计新型功能材料具有重要意义。

本文旨在探讨基于柱[5]芳烃的自组装行为，以期为相关研究提供理论依据。

二、柱[5]芳烃的结构与性质柱[5]芳烃是一种具有特定结构的大环化合物，其分子内部含有五个相互连接的苯环。

这种特殊的结构使得柱[5]芳烃具有优异的物理化学性质，如良好的溶解性、较高的稳定性以及较强的分子间相互作用。

这些性质使得柱[5]芳烃在自组装过程中表现出独特的行为。

三、自组装行为研究方法自组装行为的研究主要依赖于实验和理论计算两种方法。

实验方面，通过制备不同浓度的柱[5]芳烃溶液，观察其分子间的相互作用及形成的有序结构；理论计算方面，利用量子化学方法模拟柱[5]芳烃分子的自组装过程，探究其自组装机理。

四、基于柱[5]芳烃的自组装行为研究（一）实验研究在实验中，我们首先制备了不同浓度的柱[5]芳烃溶液。

随着浓度的增加，我们发现柱[5]芳烃分子间的相互作用逐渐增强，形成有序的聚集结构。

通过透射电镜、原子力显微镜等手段，我们观察到这些聚集结构具有特定的形态和尺寸。

此外，我们还研究了温度、溶剂等因素对自组装行为的影响，发现这些因素能够调控柱[5]芳烃分子的聚集结构和稳定性。

（二）理论计算研究理论计算方面，我们利用量子化学方法模拟了柱[5]芳烃分子的自组装过程。

通过计算分子的能级、电荷分布等参数，我们揭示了柱[5]芳烃分子间的相互作用机制。

此外，我们还利用分子动力学模拟方法，探究了自组装过程中的动力学过程和聚集结构的形成机制。

这些研究结果为理解柱[5]芳烃的自组装行为提供了重要的理论依据。

五、结论与展望基于柱[5]芳烃的自组装行为研究具有重要的理论和实践意义。

通过实验和理论计算方法，我们揭示了柱[5]芳烃分子的自组装机制和影响因素。

基于柱[5]芳烃及Pt金属大环主客体分子识别构筑的超分子自组装体基于柱[5]芳烃及Pt金属大环主客体分子识别构筑的超分子自组装体超分子化学作为一门交叉学科，致力于研究分子之间的非共价相互作用及其在化学和材料科学中的应用，近年来取得了令人瞩目的进展。

其中，基于柱[5]芳烃（Pillar[5]arene）及Pt金属大环（Pt macrocycle）主客体分子识别构筑的超分子自组装体备受关注。

超分子自组装是指通过非共价相互作用，如氢键、金属配位、疏水相互作用等，将分子组装成具有特定形状和功能的结构单元。

柱[5]芳烃是一种特殊的主体分子，其由五个芳香环构成一种管状结构，具有良好的稳定性和自组装性。

Pt金属大环则是一种多种环状结构的金属配合物，其中Pt是金属中心，它与柱[5]芳烃之间的非共价相互作用可以构筑出各种复杂的超分子结构。

在基于柱[5]芳烃及Pt金属大环进行分子识别的研究中，研究人员通过改变分子的结构设计、溶剂的选择、温度的控制等手段，成功地构筑出了各种不同形态的超分子自组装体。

其中，最常见的结构是柱[5]芳烃和Pt金属大环通过氢键和金属配位作用构筑而成的夹心型结构。

此外，还可以通过柱[5]芳烃分子的空腔结构与其他分子或离子进行识别，形成嵌入型和包合型的超分子自组装体。

这些基于柱[5]芳烃及Pt金属大环的超分子自组装体具有丰富的功能和潜在应用。

首先，由于Pt金属大环对硬酸或硬碱的识别能力较强，这些自组装体可以作为高选择性的分子识别材料，用于分离和富集特定化合物。

其次，超分子自组装体在药物输送、催化反应及材料合成等领域也具有广泛的应用前景。

例如，研究人员通过柱[5]芳烃和Pt金属大环构筑的超分子自组装体，在药物输送领域实现了对特定药物的控释和靶向输送。

此外，这种自组装体还可以作为催化剂载体，提高催化反应的效率和选择性。

总之，基于柱[5]芳烃及Pt金属大环主客体分子识别构筑的超分子自组装体在超分子化学领域具有重要的研究价值和应用潜力。

专利名称：基于双柱[5]芳烃的主客体组装的超分子聚合物及其制备和应用
专利类型：发明专利
发明人：魏太保,祁丽华,丁金东,马小强,张有明,林奇,姚虹
申请号：CN201811072406.5
申请日：20180914
公开号：CN109054042A
公开日：
20181221
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明设计合成了一种基于双柱[5]芳烃主客体组装的超分子聚合物P5S·G，是以醛基功能化的双柱[5]芳烃（P5S）为主体，4,4'‑联吡啶盐的衍生物（G）为客体，在环己醇中组装络合而成。

该该超分子聚合物在水中可以与有机染料罗丹明B发生了作用，进而实现了对有机染料罗丹明B的高效的吸附。

经检测，本发明超分子聚合物P5S·G对水溶液中罗丹明B的去除率可达到90%以上，因此可用于含罗丹明B废水的处理。

申请人：西北师范大学
地址：730070 甘肃省兰州市安宁区安宁东路967号
国籍：CN
代理机构：兰州智和专利代理事务所(普通合伙)
代理人：张英荷
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专利名称：一种柱芳烃纳米阀门控释的磁性壳核MOFs复合载药体系、制备方法及其应用
专利类型：发明专利
发明人：杨英威,武明雪
申请号：CN201710989577.3
申请日：20171023
公开号：CN107648619A
公开日：
20180202
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种柱芳烃纳米阀门控释的磁性壳核MOFs复合载药体系、制备方法及其应用，属于复合载药体系技术领域。

是以FeO为核基质，MOFs反应母液直接与该核基质通过原位生长的方式反应形成磁性壳核MOFs，然后通过后修饰方式将“连接轴”分子修饰在装载了药物的磁性壳核MOFs材料上进行后续的主客体作用力介导的柱芳烃纳米阀门的安装，实现在病变环境因素刺激下的可控释放。

通过改变柱芳烃纳米阀门和“连接轴”分子的类型，可以实现刺激响应下药物的缓慢释放。

整个复合材料诊疗体系以纳米阀门的可控性为契机实现了靶向释药、药物释放行为可控，本发明中超分子化学和材料化学有机结合可以实现多功能性的定点、定时、定位治疗从而提高疾病治疗效率。

申请人：吉林大学
地址：130012 吉林省长春市前进大街2699号
国籍：CN
代理机构：长春吉大专利代理有限责任公司
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吉大杨英威教授-汤钧教授团队ACSAMI：聚合物主体材料调控激基缔合物荧光发射研究背景：聚集诱导发光（Aggregation-induced emission, AIE）于2001年被香港科技大学唐本忠院士团队首次提出并报道，并在我国科学家的引领下逐渐成为国际热点研究领域。

利用超分子主客体作用，将具有AIE特性的荧光分子与大环受体分子结合构筑而成的超分子组装体，能够有效限制AIE分子的转动和振动，为构筑高性能的聚集诱导发光材料提供新策略，并在离子检测、爆炸物检测、生物成像、光动力治疗、人工光捕获等领域展现出潜在的应用前景。

然而，对于单一荧光分子体系，构筑荧光颜色可调节并具有高效AIE性能的材料仍然是一项很有挑战的工作。

研究内容：近日，吉林大学化学学院杨英威教授-汤钧教授团队利用含有柱芳烃单元的三元无规共聚物实现了对氰基乙烯基类荧光分子的调节，通过聚合物限域和拆分客体荧光分子堆积的策略，成功构筑出一系列发光颜色可调节的超分子组装荧光增强体系（图1）。

相关成果以“Supramolecular Engineering of Efficient Artificial Light-Harvesting Systems from Cyanovinylene Chromophores andPillar[5]arene-Based Polymer Hosts”为题发表于ACS Appl. Mater. Interfaces（2021, DOI: 10.1021/acsami.0c21651）。

图1 基于聚合物主体材料的超分子聚合物纳米粒子示意图。

（来源：ACS Appl. Mater. Interfaces）研究方法：首先，作者利用Knoevenagel缩合反应制备出两种含有不同给体基元的氰基乙烯荧光分子（CV-1-CN, CV-2-CN），并详细研究其光物理性质。

研究发现，两种荧光分子具有激基缔合物性质，在固态下，CV-1-CN比CV-2-CN有更高的量子产率。