手性端基诱导侧链型偶氮苯聚合物超分子手性组装的研究

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目前,基于非手性聚合物的手性诱导或手性诱导组装是一种制备螺旋高分子最为便捷有效的方法之一。通过常用的手性诱导手段,如手性溶剂、手性液晶场和手性圆偏振光等,诱导非手性聚合物形成手性超分子结构后,该结构对手性诱导源有较强的依赖性且一经破坏就无法自行修复,这一问题极大限制了手性超分子材料的进一步发展和应用。因此,如何在非手性聚合物体系中通过内在分子手性的诱导、传递和放大有效构建更高层次的超分子手性,同时实现单一螺旋超分子的构建就显得极为重要。本论文以非手性侧链型偶氮苯聚合物为模型,基于“将军-士兵原则”设计了一种手性偶氮苯末端基作为内在手性诱导源,该诱导源以共价键的形式连接在聚合物链末端,即可有效地控制整个系统的超分子手性。具体的研究内容主要包括以下两个方面:(1)探究手性端基的结构(不同烷基链链长)对侧链偶氮苯聚合物超分子手性组装行为的影响。我们设计合成了-一系列具有不同烷基链长度(n=0,2,3,4,5,6;n是间隔基中CH2单元的数目)的手性偶氮苯引发剂(将军),通过原子转移自由基聚合(ATRP)获得了一系列具有相近聚合度的非手性侧链偶氮苯聚合物(士兵),研究了它们在混合溶剂1,2-二氯乙烷/甲基环己烷中的超分子手性组装行为,考察了良溶剂与不良溶剂体积比以及侧链偶氮苯聚合物的光致异构化对聚合物超分子手性组装行为的影响。结果显示,当聚合物在混合溶剂中聚集时,手性端基(将军)可以成功诱导非手性偶氮苯(士兵)进行手性组装,手性端基的手性可以沿着聚合物链传递并放大。更有趣的是,手性端基(将军)和聚合物侧链偶氮苯(士兵)之间的距离可以控制聚合物中偶氮苯基团螺旋排列的方向。当R构型手性端基的烷基链链长为0、2和3个碳原子时,所诱导的非手性聚合物组装体显示正的康顿效应,而当烷基链链长为4、5和6个碳原子时,相同构型的手性端基诱导非手性聚合物组装体显示负的康顿效应,即从手性端基烷基链链长为n=4时,组装体开始发生手性翻转。以上实验结果均通过DFT理论计算得到进一步验证。(2)探究聚合物结构(不同推拉电子基团)对侧链偶氮苯聚合物超分子手性组装行为的影响。基于第一部分的研究结果,我们选用烷基链链长为2和6的手性端基诱导侧链含不同推拉电子基团(-F,-CN,-N(CH3)2,-CH3,-H)的偶氮苯聚合物的超分子手性组装。研究结果表明,在混合溶剂中,手性端基(将军)可以成功诱导含不同推拉电子基团的非手性偶氮苯聚合物(士兵)进行超分子手性组装。此外,除了末端不含取代基的P(R/S)2/6AzoH组装体没有CD信号响应外,其余聚合物组装体均产生了明显的CD信号,并且信号的正负方向随着聚合物末端推拉电子基团的不同而发生变化,即超分子手性组装体的螺旋方向不仅受“将军”和“士兵”之间距离的控制,还可以通过“士兵”自身的推拉电子基团结构进行调节。
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