環糊精聚輪烷是超分子化學的重要成員之一,由于它的尺寸可控性以及結構獨特性等激起了研究人員的興趣.輪烷[1-3]像一串“珍珠鏈”(圖1),是一類由環狀主體分子(珍珠)與穿過其內腔的長鏈線性客體分子(軸線)所組成的超分子體系,在長鏈線性分子的兩端連接有防止大環主體分子滑脫的封端劑封端(塞子).準輪烷是一類與輪烷具有相似結構的超分子體系,二者的不同點在于輪烷的長鏈線性分子兩端都存在封端劑封端,而準輪烷長鏈線性分子兩端不存在或只有一端存在封端劑封端.準輪烷超分子體系很不穩定,若線性分子與環狀分子之間的作用遭到破壞,環狀分子可以在線性分子上自由滑動或脫落下來.但是,改變外部環境、溫度、pH值、分子間的作用力等條件,其又可以恢復原態.準輪烷的這種可逆特性為分子機器、分子開關、*物載體等設計提供了潛在的應用價值.根據準聚輪烷的不同結構可將其分為七種類型[4-8]:線型(準)聚輪烷、嵌段共聚物(準)聚輪烷、金屬軟連接(準)聚輪烷、(準)聚輪烷聚集體、pH敏感型(準)聚輪烷、側鏈型準聚輪烷和星型準聚輪烷.環糊精輪烷與準輪烷在智能材料、組織工程支架等方面備受研究.
基于環糊精的(準)聚輪烷的各種形態介紹
1.線型(準)聚輪烷
在極性溶劑介質中(如:水等),聚合物鏈進入環糊精空腔內,從而形成準聚輪烷,然后在聚合物鏈的兩端用大體積“塞子”進行封端就得到了聚輪烷.多種直徑適合且疏水的線型聚醚、聚酯、聚硅醚等都可作為軸線分子.
2.嵌段共聚物(準)聚輪烷
嵌段共聚物是一類由兩種或兩種以上的不同化學結構的高分子鏈段通過共價鍵的作用連接而成的聚合物.例如,將單體A聚合成高分子鏈,然后與單體B高分子鏈連接形成AB型的兩嵌段共聚物,若含有多種單體高分子鏈則可形成多嵌段共聚物,從結構角度劃分它們屬于線性嵌段共聚物.基于環糊精的嵌段共聚物則是以環糊精大分子為“珠子”,嵌段共聚物為“軸線”組成的超分子體系.
3.金屬軟連接(準)聚輪烷
金屬軟連接(準)聚輪烷是在自發形成金屬—配體鍵的絡合作用的驅動下自組裝成具有納米結構的超分子配位絡合物,被稱做“可拆卸的分子鏈條”,這種準聚輪烷柔性大、可塑性強、在溶液中就可合成,為制備新型納米級別的準聚輪烷開拓了新思路.
4 (準)聚輪烷聚集體
聚合法合成環糊精(準)聚輪烷,一步用環糊精去包合需要聚合的單體形成軸向的環糊精包合物;**步通過縮聚作用得到準聚輪烷的中間體;第三步中間體用大體積的封端劑進行封端得到環糊精聚輪烷.此法將**步和第三步通過“一鍋法”合成,因此不需要分離不穩定的中間體.聚合法目前被應用于電致發光器件、絕緣分子導線等領域.加成縮聚是常見的聚合法之一,亦是合成(準)聚輪烷的方法.
5.pH敏感(準)聚輪烷
pH敏感性在刺激響應包合物體系中研究.對pH響應的環糊精包合物體系通常可分為兩大類型:類是環糊精和客體分子的包合物不易受外界pH干擾,但主體或客體連接的聚合物本身具有pH敏感性,而使得環糊精包合物體系具有pH敏感性.**類是環糊精和客體分子包合常數隨pH不同而改變,包合物體系在包合—解離間轉變.這些準聚輪烷在電子、分子開關,分子機器,生物醫藥等領域存在潛在的應用價值.
6.側鏈型(準)聚輪烷
側鏈型準聚輪烷是在分子鏈上連接側鏈作為軸分子,將環糊精分子通過包合作用穿入到側鏈軸分子中,然后用封端劑進行封端.該種聚輪烷在新型功能化超分子機器方面有潛在的價值,激起了科學家們濃厚的研究興趣.
7.星型(準)聚輪烷
星型聚合物是一類由一個支點或核引出幾個或多個聚合物鏈的多支化聚合物.這種構型的聚合物分為兩大類:**大類為星型聚合物;**大類為樹狀大分子.星型準聚輪烷是一類將環糊精穿在星型聚合物上得到的超分子聚合物.星型聚合物有特殊的物理化學性質(如端基數量多,流體力學體積小、玻璃化轉變溫度低、結晶度低、鄰近聚合物鏈有良好的協同作用等),因此,在智能材料、超分子組裝與自組裝應用.