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复旦大学闫强研究员课题组首次报道基于硫键弱相互作用的超分子可控自组装
2018-06-01 来源:中国流变网    点击次数:176次    

  硫族元素键(chalcogen-bonding)是一种最近刚确认的超分子弱相互作用,广泛存在于第六主族(S, Se和Te)元素之间,其作用本质是σ空穴与σ*轨道之间的相互耦合。这种超分子作用力尽管比较微弱、难以探查,但在指导生物蛋白折叠与生物分子识别中具有不可替代的功能。但截止目前,人工合成的具有硫键相互作用的分子仅存在与气相分子或分子晶体中。利用硫键弱相互作用驱动有机分子在介观或宏观尺度的自组装行为和相关研究仍然未有涉及。

  基于此,复旦大学高分子科学系闫强研究员课题组设计并合成了一系列含四中心硫族元素的新型类杯芳烃分子C4Ch (Ch = Se, Te),其可以通过形成多重硫键相互作用选择性识别带有含N-氧负离子的表面活性剂DPN,生成硫键超两亲分子(C4Ch?DPN),进而发生自组装形成各种高度有序的纳米结构(图1)。

图1. 硫键弱相互作用驱动的分子自组装行为

  研究还发现,不同的氧族元素可诱导不同的硫键化学,类杯芳烃分子中心元素从硒(Se)变换到碲(Te)后,可导致自组装结构从零维纳米囊泡体转换到一维纳米纤维结构。研究还利用分子模拟直接揭示了两种不同的硫键超分子复合物的分子结构,及其差异化的硫键强度所引起的自组装形貌不同之间的联系(图2)。而且,利用卤素阴离子或氢键与该大环主体之间的竞争相互作用,可以实现自组装结构的可逆组装行为调控。我们期望利用这类含多重硫键相互作用的大环供体能够指导并开启一类基于硫键的新型超分子自组装策略。

图2. 硫键超分子复合物的分子模拟结构

  该研究已在线发表至化学领域权威期刊J. Am. Chem. Soc.上,详情请见Reversible Self-Assembly of Supramolecular Vesiclesand Nanofibers Driven by Chalcogen-Bonding Interactions. 复旦大学高分子科学系、聚合物分子工程国家重点实验室为第一单位,博士生陈亮向军为共同第一作者,闫强研究员为通讯作者。上述研究还得到了加拿大舍布鲁克大学赵越教授在分子设计与表征上的大力帮助和支持。

  论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b04569

 
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