Nat. Commun.：氢键自组装的超分子纳米管

通过氢键组装形成不同大小的空腔是超分子领域一个重要的研究课题。为了保证获得理想的空腔大小以及减少此过程中的熵变补偿，往往需要在合成单体的过程中花费很大的功夫，如何在空间上安排形成氢键的受体和供体也很有讲究。下图1中便是两个非常典型的通过氢键自组装而成的空腔。

图1. 氢键自组装空腔。图片来源：Dariush Ajami

另外，通过氢键组装而成的有机纳米管在过去的十几年里也取得了不错的成绩，纳米管在药物传递、选择性催化以及绝缘材料等领域都有广泛的应用。日前，瑞典德隆大学Kenneth Warnmark和立陶宛维尔纽斯大学Edvina Orentas等人在Nature Communications 上发表了一种相对简单易得的单体，在外界刺激下，其聚集状态可以在四聚体和超分子纳米管之间切换。

作者在设计单体1的时候，考虑到了两个维度的氢键受体和供体的安排。首先异胞嘧啶环上的两个氢键位点能够保证其环化为四聚体，而在其正交方向上的脲基可提供另外两个氢键位点，使其形成超分子纳米管（图2）。

图2. 单体1的化学结构以及通过氢键自组装而成的四聚体及八聚体。图片来源：Nat. Commun.

单体1可以溶解在很多不同的溶剂中，其聚集状态也有所不同。在极性较大的氯仿中为四聚体，脲基上的氢键在垂直方向作用较小，不会形成多聚体。有趣的是，加入C₇₀后，可以引发在垂直方向的氢键，从而形成纳米管状结构。另外在极性稍小点的溶剂苯和甲苯中，在垂直方向上氢键作用增大，因此也可以形成纳米管状结构。

图3. a) 单体1化学结构以及在氯仿里四聚体氢谱; b/c) 在苯以及甲苯中超分子纳米管的氢谱; d) 在氯仿中纳米管包裹C₇₀的氢谱。图片来源：Nat. Commun.

当把C₆₀加入到上述四聚体中时，会形成一种类似胶囊的结构将C₆₀包裹其中，单体1也同时存在两种构型（图4）。至于为何C₆₀与C₇₀会引发截然不同的聚集状态，文中没有给出解释。

图4. 四聚体与C₆₀形成胶囊结构及其分子模型。图片来源：Nat. Commun.

——总结——

这篇论文报道了一个非常精致的动态氢键自组装系统，其单体经过精心设计，可以在不同溶剂、不同客体的存在下呈现不同的聚集状态。而C₇₀的导电性使得这种组装在有机光伏装置中有着潜在的应用。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Stimuli-controlled self-assembly of diverse tubular aggregates from one single small monomer

Nat. Commun., 2017, 8, 14943, DOI: 10.1038/ncomms14943

（本文由PhillyEM供稿）

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