Supramoleküler polimer jeller hakkında bunları bilmelisiniz
Genel Bakış
Supramoleküler polimerler, kovalent olmayan etkileşimlere ve kendiliğinden birleşmeye dayalı polimer sistemleridir. Supramoleküler polimer jel, yepyeni bir konsepti ve daha karmaşık bir jel sistemini temsil eden çok önemli bir yumuşak malzeme malzemesidir. Bu yeni tip supramoleküler sistemin yapısı, çoklu kovalent olmayan etkileşimlerin çok seviyeli bir birleşimine dayanmaktadır. Yani, küçük moleküllü yapı elemanları ilk önce supramoleküler polimerler halinde birleştirilir ve bu kovalent olmayan polimerlerin çok seviyeli montajı bir jel nano yapı oluşturur.
[Supramoleküler polimer jel yapısı]
Şekil 1 Supramoleküler polimer jel oluşumunun şematik diyagramı
Supramoleküler polimerler, genellikle AA ve BB'nin çift işlevli moleküler sistemi aracılığıyla, hidrojen bağı, koordinasyon ve çoklu kovalent olmayan etkileşimlerin koordinasyonu gibi A ve B arasındaki kovalent olmayan etkileşimler yoluyla oluşturulur. polimer. Bunlar arasında, çoklu hidrojen bağları, konukçu-konuk etkileşimleri ve polar moleküllerin koordinasyon etkileşimleri, supramoleküler polimerlerin jel yapıları oluşturmasını kolaylaştırır.
1 Supramoleküler polimer jel, konakçı ve konuk moleküllerin tanınmasına dayanır
Sözde konak-konuk sistemi, yapısal eşleşmeye ve çeşitli kovalent olmayan etkileşimlere dayalı olarak farklı moleküller arasında oluşturulan supramoleküler kendiliğinden birleşme sistemini ifade eder. Ev sahibi-konuk etkileşiminin kendisi, çeşitli kovalent olmayan etkileşimlerin kombinasyonu ve koordinasyonudur. Supramoleküler kimyanın ilk gelişimi, konak-konuk sisteminden kaynaklanmıştır. Konak-konuk sistemi, supramoleküler polimerleri oluşturmak için yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu sistemlerde, kullanılan konak moleküller arasında taç eterler, siklodekstrinler, kaliksarenler, kolumnarenler ve kabakgiller, vb. Bulunurken, konuk moleküller genellikle moleküler yapıya uyan çeşitli organik bileşiklere atıfta bulunur.
Şekil 2 Konakçı-konuk moleküler tanımaya dayalı supramoleküler polimerlerin polimerizasyon derecesi / moleküler ağırlığı kontrol edilebilir
Araştırmacılar, polimerizasyon derecesini kontrol ederek supramoleküler polimerlerin moleküler ağırlığını kontrol edebildiler. Supramoleküler polimer jel sistemi, çok iyi ikili yanıt özellikleri sergiler; bu, esas olarak sistemin sol-jel geçişinde ya sıcaklığı değiştirerek ya da sistemin pH değerini değiştirerek yansıtılır. Bu özellikleri kullanarak, sistemde kapsüllenmiş olan boya moleküllerinin (rodamin B gibi) kontrol edilebilir salımı sağlanabilir. Kovalent polimerlerin supramoleküler polimer jel sistemine, konak-konuk etkileşimine dayalı olarak eklenmesi, mekanik özelliklerini geliştirebilir.
Şekil 3 Konakçı ve konuk moleküllere dayalı supramoleküler polimer jelin tanınması
Metal koordinasyonuna dayalı 2 supramoleküler polimer jel
Supramoleküler sistemlerde, organik ligandlardan ve metal iyonlarından oluşan metal kompleksleri her zaman önemli bir rol oynar. Metal kompleksleri sadece supramoleküler düzenekler için önemli bir çerçeve sağlamakla kalmaz, aynı zamanda supramoleküler sistemlere yeni yapılar ve işlevler de verebilir. Farklı metal ligandları değiştirerek, supramoleküler polimerlerin çeşitli özellikleri iyileştirilebilir. Supramoleküler jeller ve supramoleküler polimerler için, metal komplekslere dayalı sistemler de çok büyük ilgi görmüştür.
Şekil 4 Amfifilik molekül BolaHis, farklı yapılar oluşturmak için farklı iyonlarla reaksiyona girer.
3 Hidrojen bağlarına dayalı süper moleküler polimer jel
Şekil 5 Mekanik kuvvet tarafından oluşturulan süper moleküler polimer jel
Supramoleküler kendi kendine birleşme için, hidrojen bağı tartışmasız en önemli kovalent olmayan etkileşimdir. Bu sadece çok moleküllü bilim araştırmalarında yansıtılmıyor, aynı zamanda doğa ve yaşam sistemlerindeki kendi kendine bir araya gelen çeşitli nano yapılar, hidrojen bağının önemini kanıtlıyor. Hidrojen bağ sistemlerine dayalı süper moleküler polimer jeller de çok önemlidir. Polimerlerin çok seviyeli montajı, jel oluşumuna yol açabilir. Bunların arasında çok seviyeli ve çok yönlü hidrojen bağı önemli bir rol oynar. Bazı hidrojen bağlarının oluşumu, kararsız bir kendiliğinden birleşme sistemi oluşturan kinetik kontrole dayanır. Mekanik karıştırma, daha az kararlı sistemleri yok edebilir ve termodinamik kontrole dayalı stabil süper moleküler polimer jellerin oluşumunu teşvik edebilir. Supramoleküler polimer jellerin yapımı için, sadece genel anlamda hidrojen bağı değil, bazı özel hidrojen bağları da çok önemlidir. Örneğin, halojen atomlarının katıldığı zayıf hidrojen bağı, C-H ··· X'in de supramoleküler polimer jelleri iyi stabilize ettiği kanıtlanmıştır.
[Supramoleküler polimer jelin kovalent olmayan bağ "çapraz bağlanması" ve mekanik özelliklerin iyileştirilmesi]
Polimer jeller ile karşılaştırıldığında, supramoleküler polimer jellerin mekanik özellikleri genellikle zayıftır, ancak uygun çapraz bağlanma yoluyla, supramoleküler polimer jellerin mekanik özellikleri büyük ölçüde geliştirilebilir. Supramoleküler polimer jel sisteminin yapısı, temel olarak, üç boyutlu bir ağ yapısı oluşturmak için bazı doğrusal nanoyapıların daha fazla çok seviyeli kendi kendine montajına dayanmaktadır. Bunların arasında nanoteller zayıf kovalent olmayan etkileşimlere veya güçlü kovalent olmayan etkileşimlere sahip olabilir. Nanoteller arasındaki güçlü kovalent olmayan etkileşim, polimer zincirleri arasındaki kovalent "çapraz bağlanmaya" benzer. Supramoleküler polimer jel sistemlerinin yapımı için "çapraz bağlama" gerekli olmamasına rağmen, "çapraz bağlama" çok moleküllü polimer jel sistemlerinin birçok özelliğini, özellikle mekanik özellikleri geliştirebilir. Supramoleküler polimerlerin çapraz bağlanması, kendi kendine monte edilmiş nanoyapılarının "kovalent olmayan çapraz bağlanması" yoluyla ve "metal kompleks çapraz bağlanmasını" elde etmek için nanoyapıları ayarlamak için metal komplekslerinin miktarını ayarlayarak veya supramoleküler yoluyla elde edilebilir. Polimer nanoteller arasında oluşan kovalent bağlar "çapraz bağlar" oluşturur; supramoleküler jel nanotüpler ayrıca ipliklere benzer bir şekilde bükülerek son derece sıralı çok seviyeli bir yapı oluşturup iyileştirilebilirler. Mekanik özellikler, ancak bu yönteme ulaşmak şu anda hala çok zor.
Şekil 6 Çapraz bağlanmaya dayalı süper moleküler hidrojel
sonuç olarak
Supramoleküler polimer jel, yeni ve çok önemli bir yumuşak malzeme malzemesidir.Çok seviyeli supramoleküler ilkellerin kendiliğinden montajı ile oluşturulur.Sadece çok iyi dinamik kontrol edilebilirlik ve geri dönüşümlü olmakla kalmaz, aynı zamanda belirli özelliklere sahiptir. Eğirme gibi bazı çok benzersiz özellikler. Şu anda, bu alandaki araştırmalar yükselişte ve ön sonuçlar bu sistemlerin yeni performansını ve büyük potansiyelini gösterdi. Gelecekte, supramoleküler polimer jel sistemlerinin gelişimi, sadece yeni yapılara ve özelliklere sahip sistemlerin geliştirilmesine değil, aynı zamanda supramoleküler polimer jellerin çeşitli uygulamalarına da yansıyacaktır. Bu, biyotıp, çevre koruma ve organik optoelektronik malzemeler alanlarında hızla tezahür ediyor. Önümüzde geçmişten tamamen farklı bir maddi dünyanın göründüğü söylenebilir.
Referanslar
Aida T, Meijer E W, Stupp S I. Fonksiyonel supramoleküler polimerler. Science, 2012, 335 (6070): 813-817.
Huang Z, Yang L, Liu Y, ve diğerleri Supramoleküler polimerizasyon, kendi kendine sıralama yoluyla teşvik edilir ve kontrol edilir .. Angewandte Chemie, 2014, 53 (21): 5351-5.
Liu Y, Wang T, Li Z, ve diğerleri.Bir L-histidin ester sonlu bolaamfibin oluşturduğu bakır (II) iyonu seçici ve güçlü asit toleranslı hidrojeller: tek moleküler kalın nanoliflerden tek duvarlı nanotüplere. Chemical Communications, 2013, 49 (42): 4767-9.
Rest C, Mayoral MJ, Fucke K, et al. İşbirlikçi - ve geleneksel olmayan CH ··· X hidrojen bağ etkileşimleri tarafından tetiklenen kendi kendine montaj ve (hidro) jelleşme .. Angewandte Chemie International Edition, 2014, 53 (3): 700-5.
Zhang X, Udagawa K, Liu Z, ve diğerleri N-Katkılı TiO2 Fotokatalistiyle İlgili Fotokatalitik ve Fotoelektrokimyasal Çalışmalar.Fotokimya ve Fotobiyoloji Dergisi, 2009, 202 (1): 39-47.
Huang Z, Yang L, Liu Y, ve diğerleri Supramoleküler polimerizasyon, kendi kendine sıralama yoluyla teşvik edilir ve kontrol edilir .. Angewandte Chemie, 2014, 53 (21): 5351-5.
Organizatör: Makro
