卟啉是一类由四个吡咯杂环通过四个次甲基相连而形成的具有共轭平面的环状大分子，因为卟啉环的电子共轭效应，使得卟啉环具有一个刚性平面，正因为该刚性平面的存在，使得卟啉在分子自组装领域具有非常广阔的应用前景。基于卟啉共轭环状的刚性平面结构，通过对卟啉环引入不同的侧链进行结构调整，改变卟啉环周边的基团及基团的方向，进而促使卟啉环的性质发生相应的改变，使得卟啉环变为可以进行分子自组装的组装砌块。基于上述结构改造设计合成出相应的化合物，并对合成的化合物进行表征。所得到的组装材料在能源、医疗与材料领域有着广泛的应用前景。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
引言 1
1 材料与方法 4
1．1 实验耗材与仪器 4
1．1．1 试剂与溶剂 4
1．1．2 实验仪器 4
1．2 相关化合物的合成路线与方法 4
1．2．1 pan1 的合成 4
1．2．2 pan8 的合成 5
1．2．3 pan11 的合成 7
2 结果与分析 8
2．1 主要仪器 8
2．2 实验方法 8
2．2．1 试剂与溶剂 8
2．2．2 相关溶液的配制 8
2．3 测试方法 9
2．3．1 pan1 的测试 9
2．3．2 pan8 的测试 10
2．3．3 pan11 的测试 12
3 讨论 14
3．1 化合物的提纯 14
3．2 测试结果分析 14
3．3 展望 14
致谢 14
参考文献 15
新型卟啉自组装砌块的结构设计、合成与表征
引言
引言
分子自组装是指分子处于热力学平衡时，分子以分子间作用力作为驱动力，进而使得分子能够自发地进行组合，从而形成结构稳定、复杂、有序的分子聚集体或者超分子结构的过程；而分子在这种自组装的过程中所形成的分子聚集体或者超分子结构是具有某 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: &351916072& 
种特定功能的。驱动分子自组装的自组装过程并不是参与自组装的分子 (组装砌块) 在分子间作用力的作用下进行简单的堆积，而是在这些分子间作用力的作用下，如氢键、配位键、疏水作用力及静电作用力等，组装砌块能够形成稳定的、具有一定特定空间构型的超分子结构[1, 2]。分子自组装广泛地存在于自然界之中,如生物体内的酶、多肽链等，它们是生物小分子在分子间作用力的作用下，自发地组装成具有特定空间结构和特定的生物活性的生物大分子[3]。通过分子自组装技术，我们可以使单个结构简单的分子组装成具有特定空间结构的分子聚集体，进而得到具有不同功能和特性的自组装材料。如具有光电效应的光敏化材料、具有催化功能的催化材料及具有储存信息的信息储存材料等[4, 5]。
分子自组装的驱动方式并不是单一的，而是多种多样的，因为分子间作用力包括氢键、配位键、疏水作用等。
氢键是指电负性大的原子在与氢原子相连时，由于电负性大的原子对核外电子有较大的吸引作用，而氢原子又因为其原子核对核外电子吸引作用相对较小，进而使得氢原子的核外电子离域产生空轨道，当另一个半径较小，带有孤对电子的原子存在时，有空轨道的氢原子就可以与该原子通过静电吸引力结合在一起，产生一个类似于共价键、但键能比共价键要低的作用力。氢键的最为常用的表达形式为 XHY，Y 一般为 F、O、N 三种电负性较强的原子。而氢键按照存在于单个分子内还是存在于两个分子之间，分为分子内氢键和分子间氢键。对于卟啉类自组装砌块的分子自组装而言，其氢键驱动的自组装形式为分子间驱动，即两个组装砌块在分子间氢键的作用而进行自组装。
配位键是指两个原子在成键时，由其中一个原子提供空轨道，如金属原子，而另一个成键原子则提供孤对电子，尔后孤对电子通过进入到空轨道内，进而在这两个原子间形成共价键，该共价键是极性共价键，表示的方式为 A→B。因为配位键在成键时独特的成键方式，使得配位键具有方向性和饱和性。而组装砌块正是作为客体，通过提供孤电子对的方式与其他提供空轨道的主体进行分子自组装。何文莉等人制备了吡啶功能化的纳米二氧化硅 (nanoSiO2BPy),并利用配位键驱动的层层自组装技术，以四吡啶基锌卟啉 (ZnTPyP) 为链接单元，在 nanoSi2BPy 表面构筑了含有 (Pd/ZnTPyP)n 多卟啉阵列结构的有机无机杂化材料[6]。
疏水作用力是一种非常弱的作用力，它不像氢键和配位键是通过原子与原子间的共价作用而形成的，它是通过非共价作用而形成的一种非共价作用力，正是因为这种独特的非共价作用，导致了其不像氢键和配位键具有方向性和选择性，只有在空间位置合适和体积大小相匹配的情况下，组装砌块才可以通过疏水作用力进行自组装。在极性溶剂当中，卟啉类化合物在疏水作用力的作用下，能够自发地进行聚集。
静电驱动是指组装砌块通过静电吸引力作用，两两相吸，进而将组装砌块连接形成一个组合体，组合体的形状与参与组装堆砌的分子砌块有关，若是类似于卟啉的平面环状大分子，组装砌块通过层层堆叠的方式，最终形成具有多层结构的组合体。
四个吡咯杂环通过次甲基相连形成一个环状的共轭大分子称之为卟吩，卟吩环的化学结构式如图 1a 所示。而卟啉则是以卟吩环为母体，然后在该母体上引入一系列的基团或取代基，进而形成了一系列以卟吩环为母体的衍生物或同系物，对于这些衍生物和同系物，我们统一将其称为卟啉类化合物。卟啉类化合物的化学结构式如图 1b 所示。


图 1 a) 卟吩环的化学结构式；b) 卟啉环的化学结构式
通过在卟吩环上引入的基团或者取代基不同，即 R 基团不一样，从而促使卟啉类化合物在结构和性质上产生较大的差别，若这种改变能够让卟啉类化合物在分子间作用力的驱动下进行自组装，则将此类卟啉类化合物称统为卟啉类自组装砌块。对于卟啉类化合物而言，其自组装驱动方式包括氢键驱动、配位键驱动、疏水作用力驱动以及静电驱动。
卟啉在自然界广泛存在，在有机光电材料领域也有着广泛的应用。Yubin Ding 等人合成了氧化卟啉 DPH22[7] 。发现其在不同溶剂体系中能够发生酚式醌式结构的互变。此外，这两中互变异构还可以通过 H+、F 等离子的加入进行调控。其多通道可控互变异构如图 2 所示。

原文链接：http://www.jxszl.com/hxycl/yyhx/562925.html