新型卟啉自组装砌块的结构设计、合成与表征开题报告

全文总字数：54191字

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

本课题的意义：

分子自组装是指在热力学平衡条件下，分子在分子间作用力的作用下自发组合形成结构复杂、稳定有序并且具有特定功能的分子聚集体或者超分子结构的过程。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，而是组装砌块之间存在特殊的分子间作用力，如氢键、配位键、疏水作用力及静电作用力等，在这些分子间作用力的作用下，组装砌块形成稳定的、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、特定的生物活性的生物大分子^[3]。

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下：

2. 研究的基本内容和问题

研究的目标和内容：

1) 首先合成基于卟吩环的卟啉自组装小分子，在卟吩环的5、10、15、20的位置引入相应的基团，得到相应的卟啉自组装砌块；

2) 研究所制备的卟啉自组装砌块的自组装情况，通过核磁、原子力显微镜和光谱分析等手段研究其自组装的组装方式，验证卟啉自组装的组装方式；

3. 研究的方法与方案

研究方法:

首先进行卟啉自组装砌块的结构进行设计，查阅相关的文献，设计出合理的合成路线。第一步进行实验中所需卟啉自组装砌块的合成实验。在卟啉自组装砌块合成完成之后需要对所得到的产品进行柱层析分离，从而得到纯的卟啉自组装砌块，同时还需要对所得到的砌块进行核磁，红外和质谱等的表征，以确保所得到的产品的结构是正确的。在完成了这些工作之后就可以对所得到的卟啉自组装砌块进行组装，并使用紫外可见吸收光谱判断砌块的组装效果，之后通过原子力显微镜确认卟啉自组装材料的形貌进而考察卟啉自组装材料形态、化学功能等信息，通过这些就可以达到实验的目的。

技术路线和实验方案：

4. 研究创新点

1) 以卟啉环为基础，设计合成的自组装砌块所得到的自组装材料已有文献报道，但未广泛应用于能源材料之中;

2) 本方案将会系统地研究卟啉自组装材料的结构设计及组装条件的确认，进而得到以卟啉环为基础的自组装功能材料；

5. 研究计划与进展

一、2018.11-2019.12 查阅文献资料，了解相关方面的知识。

二、2018.12-2019.1 确定实验方案及方法，合成部分卟啉自组装砌块。

三、2019.2-2019.5 合成卟啉自组装砌块，进行具体的实验设计和改进，进行自组装条件的确认及优化，进而得到相应的卟啉自组装材料。