Lehn功能材料研究所：低雷诺数流体环境下打造具备三重动态的温度自适应体系

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Jean-Marie Lehn教授是享誉国际的超分子化学先驱，被誉为“超分子化学之父”，于1987年获诺贝尔化学奖，是法国、美国等多个国家科学院院士以及中国科学院外籍院士。同时，他还是中山大学Lehn功能材料研究所的联合创始人、名誉所长和超分子化学方向的PI。迄今为止，Lehn功能材料研究所已有多名博士生、博士后前往Lehn教授所在的法国斯特拉斯堡大学超分子科学与工程研究所进行联合培养与学术合作。
        Jean-Marie Lehn教授在1987年提出“超分子化学”这一概念后，于2001年又提出了“组分动态化学”的概念，将目光聚焦于组分含量分布（distribution）这一维度，利用动态共价键和超分子作用力的动态可逆性，构建组分及其含量具有环境适应性的多组分动态化学体系，为通往“适应化学”开辟了一条新的道路。
      近日，中山大学化学学院Lehn功能材料研究所与Jean-Marie Lehn教授合作，在前期对新型C=C/C=N动态共价交换反应的研究基础上（J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 5560; Chem. Asian J. 2021, 16, 44），以温变后的二阶超分子自组装作为驱动力，设计构建了具有三重动态的四组分动态组合库（图1）。以DCL-2为例，化合物Kn1和Kn3都能通过第一阶的双重氢键的自组装形成六元超分子环，而化合物Kn1结构的金刚烷基团因位阻效应阻止其进行第二阶的π-π堆积，与此同时Kn3能够顺利进行第二阶自组装形成丝状超分子聚合物。以Kn1和Kn3的能量差为驱动力，各组分通过C=C/C=N交换反应进行含量的重新排布，最终形成以化合物Kn3主导的偏离态分布，从而获得组分对环境温度的选择适应性。

图1. 温度响应的三重动态体系示意图和各组分结构

        研究发现，该体系同样能够响应溶剂极性的变化，呈现梯度式的组分分布（图2左），在纯氯仿或者氯仿/环己烷（1/9）环境下，体系失去对温度的响应性，而在氯仿/环己烷（3/7的溶剂比例条件下，体系的组分含量能够最大幅度响应温度变化。另外，作者通过NMR、DLS、黏度、流变等多种表征手段，系统性地研究了该动态体系在低雷诺数流体环境下微观粒径、黏度等性质，并通过AFM、cyro-TEM表征了体系中超分子聚合物的微观形貌（图2右）。

图2. （左）组分含量分布对温度和溶剂极性的梯度响应；（右）对体系的DLS、AFM、TEM表征结果

         上述研究进展发表于国际知名学术期刊《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society），论文第一作者是中山大学化学学院Lehn功能材料研究所博士后顾睿锐，通信作者为Jean-Marie Lehn教授。该研究工作得到国家自然科学基金、广东省国际合作领域项目、中国博士后科学基金、法国ERC Advanced Research Grant、ANR Grant DYNAFUN和University of Strasbourg Institute for Advanced Study等项目的支持。
       论文信息：Ruirui Gu, Jean-Marie Lehn*, Constitutional Dynamic Selection at Low Reynolds Number in a Triple Dynamic System: Covalent Dynamic Adaptation driven by Double Supramolecular Self-assembly, J. Am. Chem. Soc., 2021, 10.1021/jacs.1c04446.
        文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c04446




        文章来源：中山大学