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手性现象是自然界有序性的重要体现之一。手性结构也是自然界最为奥妙的绀构之一。通过分子设计人工组装手性结构,研究分子手性和超分子手性、纳米手性之间的关系,一方面有助于理解手性结构对于生命体的重要意义,一方面也是可控设计、合成手性结构和手性材料的前提。本文通过模拟生物体中的有序结构,设计合成了两种谷氨酸类脂分子N-alkyl-L/D-glutamic acid(L/D-CnGluAc)和N,N-bisalkyl-L/D-amino-glutamic-diamide(L/D-Cn,mGluAm),重点研究了它们的分子手性与其自组装纳米结构于性间的关系。
一、模拟DNA的结构特点,设计了基于分子间氢键相互作用的双组分超分子体系(L(D)-CnGluAc/4BPy),成功构筑了手性螺旋纳米带结构,并实现了分子手性的逐级传递与放大以及螺旋纳米带手性的多级调控。
二、研究了L(D)-C18,18GluAm经手性堆积形成手性纳米管的机理,并揭示了控制对映体混合法调控纳米管手性的“多数原则”的分子作用机制。同时研究了不完全镜像对称的L(D)-C18,18GluAm与D(L)-C16,16GluAm混合组装时不同于“多数原则”的异手性相互作用机制。
三、研究了尾链的长度和奇偶性在形成手性纳米管时的重要作用。发现偶数双尾链类脂分子形成纳米管的临界长度值是14个碳原子,并对其做出了理论解释。然而,奇数双尾链类脂分子形成纳米管的临界长度值延后到17个碳原子,且与偶数双尾链类脂分子所成纳米管的手性相反。我们得出了奇偶效应和手性效应相互竞争的结论。
四、研究了不对称性尾链谷氨酸类脂分子中α-碳链和ω-碳链的相对长度对于纳米管手性的影响,并从谷氨酸头基的构象出发对其做了解释。
五、研究了尾链长度不同的两个对称谷氨酸类脂分子的混合组装行为。发现了彤成纳米管的n-m=2规则和n-m=1(Odd＞Eevn)规则。并用自发曲率,甲基位阻和奇偶效应对其做了详细解释。
最后,从分子构象出发,对谷氨酸类脂分子自组装纳米结构的手性做出了系统的解释,说明了谷氨酸类脂分子的手性和纳米手性之间的内在联系。