超分子化学在功能材料与对有机体的生物功能调节等方面具有重要作用。如何在纳米尺度上构筑新颖的功能性超分子组装体一直是近些年来人们关注的重点。合理设计合成具有特定几何构型的大环类两亲分子,并利用其几何形状以及分子间非共价相互作用的协同,构筑具响应性的组装体是超分子化学领域的重要研究方向。本论文以构筑大环类分子的热力学稳定或动力学亚稳态下的超分子体系为目标,研究了组装体的形貌变化,发展了一系列对外界刺激(如热刺激或客体)具有响应性的超分子聚合物组装体及超分子螺旋聚合物,并在此基础上探讨了组装体的功能特性。本论文将针对对此问题进行详细的阐述:第一部分:我们介绍了由芳香大环两亲分子在甲醇溶液中自组装形成的纳米条带,并以果糖为客体诱导纳米条带发生卷曲闭合形成了具有空腔的纳米管。形貌变化的同时实现了对果糖客体的封装。我们着重探讨了人工合成的超分子条带组装体在外界刺激下通过分子间作用力的改变引起超分子组装形貌的变化。我们首先设计并合成了芳香大环类两亲分子。这种两亲刚性大环分子具有独特的几何构型,可以在甲醇溶液中自发形成条带结构。我们通过透射电镜及原子力显微镜对其形貌进行表征,证明条带结构的宽度为28纳米,厚度为3.5纳米。结合分子尺寸我们可以得知,条带组装体是由8根由大环两亲分子沿轴向堆积形成初级纤维进而通过侧向相互作用形成单层结构的可溶性超分子组装体。在天然产物果糖存在条件下,扁平的纳米条带自发地沿轴向卷曲,最终闭合形成外径为8纳米的纳米管。更重要的是,利用这一卷曲与闭合所形成的的纳米管可实现果糖客体的原位封装。这种由条带组装体独特的卷曲行为所形成得纳米容器为发展具有客体分子尺寸识别,封装与传输的超分子体系有着十分重要的指导意义。第二部分:我们进一步通过调节分子间相互作用力,发展了由大环两亲分子形成的超分子环状组装体,并研究了热驱动的非平衡组装,获得了非平衡超分子螺旋聚合物链。将组装体包埋在脂质体囊泡中,发展了囊泡形貌可控的复杂组装体,实现了由热能向机械能的转化。天然有机体内许多生物过程都是非平衡态体系,需要持续的能量供给使体系持续地处于活性状态。而合成超分子体系中,大多由于分子构型等原因形成平衡态组装,所以无法完成像生命体一样复杂的功能。我们通过大环类刚性的非平面特性合成了二元大环两亲分子,并构建了具有非平衡态的超分子螺旋聚合体系。我们发现该两亲分子在水溶液中自发形成环状超分子组装体,而在热处理后,热力学稳定的闭合纳米环被活化并被动力学亚稳态捕获。随后,将组装体溶液静置于室温,环状组装体将自发地通过动态开环并聚合形成超分子螺旋聚合物。随着时间的延长,螺旋聚合物又会逐渐自发断裂解聚并最终恢复到热力学稳定的环状组装体。我们通过实验与理论计算相结合的方法对这种非平衡态自发的超分子分步组装的机理进行了详细的讨论。并通过蒙特卡洛方法建立了对整个超分子聚合-解聚过程的模型。在此基础上,我们将环状组装体封在脂质体囊泡中,热引发的超分子聚合-解聚循环将驱动囊泡发生由球形向棒状的可逆形变,这说明该体系可以将热处理时所吸收的热能转化为驱动囊泡变形的机械能。这种材料将在未来为合成超分子体系模拟有机体自发对环境的变化做出适应性调节,以构建功能分子机器有着十分重要的意义。第三部分:我们进一步通过分子的构型优化,实现了具有快速响应的超分子螺旋聚合体系,而且螺旋聚合物的手性可通过溶剂中客体分子的手性传递来调节。为实现超分子聚合-解聚的快速响应,我们通过对亲水聚醚链的调整,将原本靠近芳香部分手性中心的甲基转移至亲水链的末端,使其空间位阻效应降低,解决了无法快速响应的分子构型的缺陷,进而实现了快速响应的超分子分步聚合,即升温后体系迅速完成螺旋聚合,而降温后聚合物快速解聚并恢复至环状组装体。整个聚合过程很好的模拟了自然界中烟草花叶病毒蛋白在RNA作用下的螺旋开环聚合。同时,在手性客体(如手性2-丁醇)的诱导下,可对螺旋聚合的手性进行转换。我们通过核磁等手段证明该手性传递方式仅为单纯的空间相互作用,这为构建可转换的手性聚合体系,了解最初手性平衡的破缺提供了新的思路。