中科院上海有機化學研究所手性超分子聚合物構建合作研究獲新進展

中科院上海有機化學研究所手性超分子聚合物構建合作研究獲新進展

近年來，超分子聚合物由于其獨特的結構特點與應用價值引起了人們極大的關注。在傳統的高分子聚合物的制備中，首先單體分子需要經過一定的聚合反應，以形成共價鍵的方式把單體單元相互聯結起來。而在超分子聚合物中，單體單元是依靠非共價鍵如氫鍵、芳香堆積、供體－受體作用、疏溶劑作用以及金屬配位作用等相連接的。由于這些非共價鍵的存在，使得超分子聚合物的聚合與降解可以可逆地發生，因而賦予了它們具有可低溫加工、自我修復和對環境刺激產生響應等特點，因此超分子聚合物被認為是一種“智能材料”。然而，由于非共價鍵的弱鍵性特征，構建高穩定性、高分子量的超分子聚合物仍然是一個巨大的挑戰。

中科院上海有機化學研究所物理有機化學研究室和生命有機化學國家重點實驗室的研究人員與北京大學的科研人員合作，模擬自然界自組裝構建結構多樣的生物大分子如DNA等的原理，利用超分子作用多價性的策略來構筑了一類高度穩定的手性超分子聚合物。其構建首先通過末端引入卟啉單元的DDA-AAD(D-氫鍵給體，A-氫鍵受體)型多重氫鍵砌塊在低極性溶劑中，通過分子間氫鍵六聚形成盤狀結構，這一氫鍵穩定的盤狀結構進一步利用其外圍伸展的六個鋅卟啉單元與手性配體R-2(或S-2)中的吡啶通過N-Zn配位作用形成高度穩定的層狀手性超分子聚合物，其組裝過程的立體選擇性來源于R-2(或S-2)中手性中心的誘導作用。

研究還表明，該超分子聚合物的形成過程中存在一個自糾錯和從動力學控制到熱力學控制轉化的過程。該體系的驅動力來自于氫鍵和金屬配位作用兩種非共價作用，盡管單個非共價作用的強度并不大，但當多個非共價作用(該超分子聚合物的一個基本單元中存在十八個氫鍵和六個金屬配位作用)加合協同作用時，就可產生很強的結合能力，不但實現了高度穩定超分子聚合物的制備，還保證了利用組裝基元內在的手性中心來誘導出聚合物層次上立體選擇性的有效性。這一策略展示了利用超分子化學的多價性來進行多層次有序組裝的巨大潛力。

此外，由于卟啉是一種具有非常優異光電特性的大π共軛體系，所得到的超分子聚合物較高的聚合度也意味著單條聚合物鏈中有幾千個卟啉單元在特定的手性環境中有序排列，這類聚合物有可能作為光吸收天線或在其他光電器件中得到一些應用。

該工作以通訊的形式發表于《美國化學會志》上(《J Am Chem Soc》，2011，133:11 124－11 127)。該研究工作得到國家自然科學基金委、科技部和上海市科委的資助。

(來源:中國科學院)