Введение к работе
Использование процессов самосборки и самоорганизации надмолекулярных наноструктур при создании так называемых умных материалов {smart materials), чувствительных к различным внешним воздействиям (изменению температуры и давления, электрического или магнитного поля), к составу окружающей среды и т.д., является одним из важнейших направлений современной науки. Молекулярное распознавание эндо- и экзорецепторов, упорядочение и самосборка составляющих элементов приводят к спонтанному образованию функциональных надмолекулярных структур за счет слабых нековалентных взаимодействий между ними, таких как ван-дер-ваальсовы и электростатические силы, водородные связи и т.п., а многообразие форм надмолекулярных объектов определяется прежде всего формой элементарной единицы. Направленное манипулирование межмолекулярными взаимодействиями делает возможной супрамолекулярную инженерию молекулярных ансамблей и полимеров, ведет к развитию супрамолекулярного материаловедения. Такие ансамбли зачастую имеют свойства "живых" полимеров, способных расти и укорачиваться, перестраивать мотивы, обмениваться компонентами, претерпевать отжиг, самозалечиваться и адаптироваться. Уже сегодня применение принципов супрамолекулярной инженерии позволяет предложить изящные приемы и элементы технологий манипулирования нанообъектами и наночастицами.
Важной проблемой супрамолекулярной химии сегодня является выявление общих закономерностей самосборки и самоорганизации, разработка методов дизайна и направленного синтеза самоорганизующихся систем. Для определения таких закономерностей необходимы систематические исследования структуры и свойств модельных групп и классов соединений, различающихся химическим строением мезогенных группировок, изучение влияния различных факторов (форма дендрона, размер его фокальной группы, длина и количество алкильных окончаний) на процессы самосборки в веществе.
Цель исследования
Целью работы является определение фундаментальных принципов самоорганизации макромолекулярных структур различной симметрии из низкомолекулярных секторообразных дендронов под действием ионных и Ван-дер-Ваальсовых сил. Предполагалось провести систематический анализ фазового поведения и строения супрамолекулярных агрегатов, образованных солями 2,3,4- и 3,4,5-т/?мс(додецилокси)бензолсульфоновой кислоты с различным размером противоиона, длиной и химической структурой алкильных заместителей. Для практического применения таких материалов в качестве искусственных функциональных мембран, способных осуществлять селективный контролируемый транспорт тех или иных соединений, необходимо исследовать условия для получения ориентированных полимерных волокон и пленок на основе солей 2,3,4- и 3,4,5-т/?мс(додецилокси)бензолсульфоновой кислоты.
Научная новизна полученных результатов
Изучены фундаментальные закономерности процессов самосборки надмолекулярных структур различной симметрии под действием ионных сил в соединениях на основе 2,3,4- и 3,4,5-т/?мс(додецилокси)бензолсульфоновой кислоты. Исследованы форма, размер и строение супрамолекулярных агрегатов на разных структурных уровнях.
Впервые был исследован широкий ряд веществ, содержащих заряженную фокальную группу и незаряженную алифатическую часть, выделены ключевые факторы, влияющие на процесс организации мицеллярных, смектических и колончатых структур. Были получены и исследованы лабораторные образцы функциональных материалов, содержащих ориентированные наноразмерные структуры.
Практическая значимость исследования
Работа направлена на решение актуальной проблемы современного материаловедения, связанной с исследованием процессов самоорганизации и самосборки макромолекул контролируемого химического строения для разработки научных принципов синтеза надмолекулярных структур с заданными свойствами и функциональностью. Была опробована и показала свою перспективность схема стабилизации сформированных нанометровых агрегатов за счет сшивания функциональных групп.
Создание искусственных функциональных мембран, способных осуществлять селективный, контролируемый транспорт соединений, является одной из наиболее перспективных и многообещающих задач, способной принести принципиальные изменения в лабораторную практику и химическую и фармакологическую промышленность за счет вытеснения энерго- и трудоемких методов очистки. Более того, наличие в распоряжении исследователей высокоселективных мембран может значительно облегчить создание широкого спектра приборов в области медицинского и экологического мониторинга. В силу обратимости перехода порядок-беспорядок в колончатой фазе, становится возможным получение мембран с контролируемым ионным транспортом.
Апробация работы
Основные результаты работы были представлены на международных и всероссийских конференциях, посвященных развитию супрамолекулярной химии, жидкокристаллическому состоянию вещества, структуре и свойствам наноразмерных систем и агрегатов: XV конференции "Physical Methods in Coordination and Supramolecular СпетІ8ггу"(Кишинев, 2006), IV Всероссийской Каргинской Конференции (Москва, 2007), IV Российско-Французском симпозиуме «Супрамолекулярные Системы в Химии и Биологии» (Москва, 2007), VI Национальной конференция по применению рентгеновского, синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследования
материалов (Москва, 2007), Междунароном сипозиуме «Advanced Macromolecules and Nano-materials with Precisely Designed Architectures» (Саппоро, 2007), Когрессе европейской полимерной федерации EPF-2007 (Порторож, 2007), VI Международном симпозиуме «Molecular Oder and Mobility in Polymer Systems» (Санкт-Петербург, 2008), Международном форуме POLYCHAR17 (Руан, 2009), V Междкнародном симпозиуме "Design and Synthesis of Supramolecular Architectures" (Казань, 2009), Всероссийской школе-конференции для молодых ученых: «Макромолекулярные нанообъекты и полимерные нанокомпозиты» (Истра, 2009), Пятой Всероссийской Каргинской Конференция «Полимеры — 2010» (Москва, 2010), III Международной летней школе "Supramolecular Systems in Chemistry and Biology" (Львов, 2010).
Личный вклад автора
Автор принимал непосредственное участие во всех этапах работы -при планировании и выполнении рентгеноструктурных, термофизических, оптических экспериментов, молекулярном моделировании формы дендронов и образованных ими агрегатов, обсуждении и оформлении полученных результатов.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 20 печатных работ. Из них три статьи и шестнадцать тезисов докладов на научных национальных и международных конференциях.
Структура диссертации
Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и библиографии. Общий объем диссертации составляет 186 страниц. В работе содержится 5 таблиц, 82 рисунка. Список литературы включает 224 наименования.
