制备具有可控拓扑结构的智能响应性功能材料一直都是材料领域科学家的研究目标。在聚合物结构中，环形拓扑聚合物没有末端结构，具有与其它拓扑结构聚合物不同的性质，例如更高的玻璃态转变温度，更低的粘度系数以及更小的流体力学体积等。近年来，Takata课题组基于拓扑结构可逆转变在超分子聚合物领域报道了一系列研究进展。然而，拓扑结构聚合物由于制备、分离困难及复杂的化学反应驱动等限制了其广泛应用。
河南农业大学曹占奇博士课题组致力于智能响应性有机功能材料的设计与性能研究，在前期工作基础上（代表性工作：Asian J. Org. Chem., 2015, 4, 212-216 ; Chem. Commun., 2015, 51, 4973-4976 ; Polym. Chem., 2016, 7, 1866-1870 ; Chem. Commun., 2017, 53, 8683-8686），研究小组基于机械互锁[1]轮烷分子制备一种具有荧光信号输出的可逆拓扑结构聚合物体系，在外界酸碱刺激下可以实现聚合物分子结构在线性-环形之间发生可逆转变并伴随荧光信号可视变化，为设计智能响应性功能材料奠定了基础。
如图1所示，目标聚合物轮烷Poly-1-H一端是二茂铁桥联的[1]轮烷，另一端是萘酰亚胺荧光基团，中间是聚四氢呋喃骨架。富电子的二茂铁基团和缺电子的萘酰亚胺基团存在距离相关的光电子转移（PET）过程。二苯并-24-冠-8 （DB24C8）大环组分在聚合物分子两端有二苄铵（DBA）和甲基三氮唑（MTA）两个不同识别位点。聚合物分子结构在初始状态下是线性状态并呈现较强的荧光；在碱性环境下，线性结构转变为环状结构，二茂铁基团与荧光萘酰亚胺基团之间的电子转移过程导致体系荧光强度减弱；在酸刺激下，二苄胺识别位点重新质子化，大环组分移动到初始位置，聚合物分子结构恢复到线性状态，体系的荧光强度恢复。在此过程中，聚合物分子结构转变过程伴随着荧光强度的可视变化。
图1. 聚合物轮烷Poly-1-H化学结构可逆拓扑变换过程及其卡通示意图
曹占奇博士课题组基于双稳态[1]轮烷分子梭制备的具有荧光信号输出的线性-环形可逆拓扑结构聚合物，具有操作简易、现象明显的特点，该思路为设计更复杂的拓扑结构聚合物提供了新的策略。该研究工作得到了华东理工大学曲大辉教授的悉心指导以及深圳大学分子尺度实验室质谱表征方面的帮助。该研究工作得到了国家自然科学基金委、河南农业大学青年英才项目的大力支持。
作者简介：
曹占奇，河南农业大学校聘副教授，2017年6月博士毕业于华东理工大学应用化学专业，导师是田禾院士和曲大辉教授，现就职于河南农业大学新莆京游戏大厅。研究方向是智能响应性有机功能材料的设计及其性能研究，迄今以第一作者或通讯作者在Chin. Chem. Lett., Chem. Commun., Polym. Chem., Asian J. Org. Chem.等期刊发表多篇SCI论文。
作者简介：
曹占奇，河南农业大学校聘副教授，2017年6月博士毕业于华东理工大学应用化学专业，导师是田禾院士和曲大辉教授，现就职于河南农业大学新莆京游戏大厅。研究方向是智能响应性有机功能材料的设计及其性能研究，迄今以第一作者或通讯作者在Chin. Chem. Lett., Chem. Commun., Polym. Chem., Asian J. Org. Chem.等期刊发表多篇SCI论文。