综述：大分子聚合物中的氢键聚集体

《Progress in Polymer Science》：Hydrogen-Bonded Aggregates in Bulk Polymers

　　

陈明利|陈森斌|朱金涛|沃尔夫冈·H·宾德

摘要

氢键（H-bonds）在自然界中起着核心作用，是许多生物材料和过程的“粘合剂”。这些氢键的聚集性和协同性是蛋白质、纤维素、淀粉和DNA等天然聚合物，以及聚酰胺或聚氨酯等合成聚合物的功能基础。由于大块聚合物中不存在可移动的低分子量溶剂，加之聚合物基质的固有各向异性和有限的片段运动，当氢键通过共价键固定在聚合物骨架上时，其扩散受到限制，从而形成氢键聚集体和更高阶的有序结构，这些结构对最终材料的性能至关重要。本文综述了不同大块聚合物中氢键结合的基本原理及其超分子聚集体的形成过程，讨论了氢键分子间距离对结合状态的影响，并介绍了提取其结合状态动态信息的新技术方法。研究重点涵盖了多种氢键结构，从简单的氢键（如醇二聚体（OH-OH）、羧酸二聚体（CA-CA）和酰胺二聚体（Am-Am）开始，逐步扩展到更复杂的聚集体，包括脲嘧啶吡啶酮二聚体（UPy-UPy）、羟基吡啶复合物（OH-Pyr）、胸腺嘧啶-二氨基三嗪/二氨基吡啶复合物（Thy-DAT/DAP）以及汉密尔顿楔形巴比妥酸/氰尿酸复合物（HW-Ba/Cy）。通过总结335篇文献，本文阐明了氢键在聚合物中的作用，并指出了未来设计功能性氢键材料（如自修复弹性体或可逆粘附材料）的策略。