氢键对bola型两亲性分子自组装行为的影响研究(2)

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2.1.3目标分子的合成 11

2.1.3.1 化合物A的合成与表征 11

2.1.3.2化合物B的合成与表征 13

2.1.3.3化合物C的合成与表征 16

2.1.3.4化合物D的合成与表征 19

2.2实验结果与讨论 23

2.2.1电导率法测得合成分子的临界胶束浓度（CMC) 23

2.2.2原子力显微镜（AFM） 24

2.2.3透射电子显微镜（TEM） 24

2.2.4结果与讨论 24

第三章结论与展望 28

参考文献 29

致谢 31

第一章绪论

1.1 研究背景

现如今，两亲性分子自组装已成为纳米科学中构建超分子纳米材料日趋重要的自下而上构筑技术。2005年Science在其创刊100周年提出21世纪亟待解决的25个重大科学问题中，唯一的化学问题就是“我们能够推动化学自组装走多远”，从这也反映出分子自组装研究具有重大意义[1]。由于自组装通常能够形成有序的微观结构，已成为发展材料科学的一个重要课题，并且在分子水平和宏观材料之间，架起了一座纳米、介观和微观尺度结构材料的桥梁[2]。

随着社会的进步，科学技术的发展也达到了空前的水平。分子自组装成为创造新物质的重要手段，为制备结构规整性的纳米功能材料提供了重要的发展方向。但是分子自组装所形成的结构非常复杂多样，而在所有能够发生自组装的分子中，两亲性分子是最重要的构筑基元。因此它在许多领域都表现出很好地应用前景，例如作为制备用于电子和医学器件的新型有机纳米管或纳米纤维的构筑基元[3,4]，药物运输的载体材料[5]，作为模板制备有规整尺寸材料[6]，在水溶液中作为某些反应的纳米反应器，作为制备乳液的分散剂等等[7]。

1.2 两亲性分子概述

两亲性分子是一种具有自组装能力的构筑基元，包括表面活性剂分子、磷脂分子以及嵌段共聚物等。其结构是一个疏水基团和一个亲水基团通过共价键联接在一起，如图1.1所示。

两亲性分子结构示意图

图1.1两亲性分子结构示意图

至今为止，两亲性分子的研究与应用已经从传统的胶体与界面学科逐步扩展到了模拟生物膜、无机介孔材料以及纳米材料的模板合成等领域。两亲性分子在水中可能自组装成各种不同的分子组装体，例如胶束和囊泡[8]。而这些组装体的性能和结构是由其对应的两亲性分子的结构来决定的。例如，具有多尾拓扑学的两亲性分子易形成双层结构[9,10]。磷脂分子是一种经典的两亲性分子，其结构由一个亲水头部和两条疏水的烷基链构成。其头部是呈极性的，一般由胆碱、乙醇胺等形成，尾部是呈非极性的，由两条脂肪酸链形成。如图1.2所示。

磷脂分子结构示意图

在水溶液中它们能自动形成双分子层结构，使疏水的尾部埋藏在里面。生物细胞膜的主要组成是磷脂，所以细胞膜能很好的调控细胞的内外渗透压，从而使细胞处在一个相对稳定的环境中，维持生物活性。

1.3临界胶束浓度

1.3.1临界胶束浓度的形成

两亲性分子因其结构的特点，在水溶液中亲水基团使得分子有溶解入水中的趋势，而疏水基团则阻碍其在水中溶解，有逃逸水相的倾向。在这两种截然相反的作用下，当溶液达到平衡时，两亲性分子的亲水基团伸向水中，疏水基团伸向空气，富集在溶液表面就像覆盖了一层非极性的碳氢链，形成一层单分子膜，从而导致溶液的表面张力下降。当表面吸附达到饱和时，分子不能在气/液面继续富集，而疏水基团仍在不断促使分子逃离水溶液，于是分子只能在溶液内部自聚。疏水基团聚集在一起形成内核，亲水基团则朝外与水接触形成外壳，组成最简单的球形胶束，如图1.3所示。这个开始形成球形胶束时两亲性分子溶液的浓度称为临界胶束浓度，简称CMC。