基于主体包结作用制备环糊精单分子层及形成机理研究

【摘要】环糊精的主客体识别作用使其能够与多种无机、有机以及生物小分子和大分子等发生包结,因而在分离领域备受关注。将具有定向排列结构的环糊精或环糊精衍生物单分子层通过静电自组装或亲疏水作用力组装到将高分子膜表面,可以更好地发挥其选择性分离的优势。然而利用环糊精的主客体包结作用在客体单分子层上制备具有定向排列结构的环糊精单分子层存在两大挑战：1)客体分子层的分子间距必须适宜容纳环糊精分子；2)客体分子层需具有良好的亲水性以保证环糊精分子的接近,进而发生包结作用。首先,通过对甲基苯基二氯硅烷、苯基三氯硅烷/三氯硅烷、甲基苯基二氯硅烷/三甲基氯硅烷及苯基三乙氧基硅烷(PTES)四种硅烷分子(组合)自组装过程及其分子层结构研究,发现甲基苯基二氯硅烷及苯基三氯硅烷/三氯硅烷易形成多分子层,且分子层表面平整性较差；而甲基苯基二氯硅烷/三甲基氯硅烷自组装后所得分子层成分以三甲基氯硅烷为主,可供环糊精包结的甲基苯基二氯硅烷含量较少；苯基三乙氧基硅烷可形成疏松的单分子层。因此,最终选取苯基三乙氧基硅烷作为目标客体分子,利用其体积庞大且可水解的三乙氧基调控分子间距及表面亲水性。其次,通过对PTES的SAM生长机理研究,发现其自组装过程由两个生长阶段组成。反应时间0-7.5小时为第一生长阶段,在这一阶段接触角先迅速上升到33°左右后维持在这一数值基本不变,此时PTES分子基本铺满基底表面且大量乙氧基未水解；反应时间7.5-24h为第二生长阶段,在这一时间段内接触角先逐渐上升到57°左右后保持不变,此时PTES分子自组装完成。PTESSAM中PTES分子倾斜于基底表面,且第二生长阶段所得SAM中PTES分子数约为第一生长阶段的两倍。再次,通过研究发现PTES自组装3h后所得单分子层(PTESSAM-3h)可与α-和β-环糊精通过包结作用形成α-和β-环糊精SAM。与β-环糊精SAM相比,α-环糊精SAM中的包结比β-环糊精SAM中更稳定,α-环糊精SAM中有更多的环糊精-PTES包结物。PTESSAM-3h,α-和β-环糊精SAM表面都较为平坦,且三者SAM内分子致密程度依次上升。最后,通过对α-和β-环糊精SAM的表征发现α-、β-环糊精与PTES的包结构型有所不同。α-和β-环糊精SAM的厚度分别为1.0±0.1nm和0.72±0.1nm在α-环糊精SAM中,α-环糊精分子疏水空腔直径与苯环结构直径相当,为了迎合PTES分子的倾斜,在形成包结物时α-环糊精分子在基底表面也发生一定的倾斜；在β-环糊精SAM中,β-环糊精分子疏水空腔较大,在与PTES发生包结时分子在基底表面并不发生倾斜。
【作者】牛玉标；
【导师】周志军；张林；
【作者基本信息】浙江大学，应用化学，2014，硕士
【关键词】环糊精；苯基三乙氧基硅烷；自组装；单分子层；包结；

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