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在过去十几年里,阴离子-π作用(即缺电性的芳香π体系与阴离子之间的相互作用)作为一种新型的弱相互作用力,受到超分子化学家和理论学者们的广泛关注。尽管阴离子-π作用的研究已取得了不错的成果,但是在自组装方面的研究还相对较少。因此本博士论文主要设计合成一系列氧杂杯[2]芳烃[2]三嗪阴离子衍生物作为平台骨架分子,研究在阴离子-π作用驱动下的自组装行为,从而发展一种新型的以阴离子-π作用为导向的自组装策略,并拓展其应用。取得的主要研究结果如下: 首先设计合成了一系列在氧杂杯[2]芳烃[2]三嗪的苯环上沿直接引入不同几何形状的阴离子头基如平面形的-CO2-、四面体的-SO3-、-OSO3-和-OPO(OMe)O-,并系统研究了该系列阴离子型衍生物在溶液、气相和固相中的自组装行为。分别采用荧光光谱、变温和变浓度核磁、扩散核磁(DOSY)以及动态光散射(DLS)技术,表明了该系列化合物在溶液中能够通过分子间的阴离子-π作用形成寡聚体;利用电喷雾质谱(ESI-MS)观察到了在气相中形成的二聚体和三聚体;最后,从晶体结构(XRD)中揭示了分子间的阴离子头基与缺电性V型空腔之间的阴离子-π作用及其诱导下形成的一维线性组装体。 为进一步研究在苯环上沿与阴离子头基之间引入连接基团对自组装的影响,设计合成了一系列含不同亲水性和疏水性柔性链连接的氧杂杯[2]芳烃[2]三嗪阴离子衍生物。与前面方法相似,分别采用变温和变浓度核磁、荧光和动态光散射实验研究了该体系在溶液中的相互作用及形成的聚集体;利用电喷雾质谱揭示了该系列分子在气相中的自组装行为与连接链的性质之间的关系;通过粉末衍射(PXRD)考察了固相中亲、疏水性连接链对自组装的影响。晶体结构表明了该系列分子的阴离子头基与四甲基铵阳离子形成紧密离子对,且相邻分子间存在氢键作用,而并未发现阴离子-π作用的存在。 在上述第一部分工作的基础上,进一步在三嗪环上引入具不同电子效应的长链烷基,从而构筑了新型的大环两亲分子。分别采用核磁、动态光散射、透射电镜和扫描电镜实验研究了该系列大环两亲分子在不同极性有机溶剂和水相中的自组装,揭示了大环两亲分子在阴离子-π作用和亲脂疏水效应共同调控下,形成不同形貌的组装体,如球形、团簇、纤维、凝胶和块状等。 本博士论文研究结果表明,氧杂杯[2]芳烃[2]三嗪阴离子衍生物是一类合成简便、易于修饰且能够实现分子间阴离子-π作用的新型组装基元。通过研究该类分子的自组装行为,有助于发展一种新颖的阴离子-π作用自组装策略,从而拓展其在超分子化学上的应用。