近期，國際學術刊物《美國化學會志》（JACS）報道了我?；瘜W與分子工程學院晏琦帆副研究員課題組與北京大學趙達慧教授課題組合作，題為“Concurrent Cooperative J?Aggregates and Anticooperative H?Aggregates”的研究論文。（原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b01463）。
對復雜體系的超分子自組裝機理的研究和理解可以有效的幫助化學家構建功能化超分子自組裝體系。在這篇文章中，作者系統(tǒng)研究了氮雜多環(huán)芳香酰亞胺分子1的超分子自組裝行為。化合物1可以同時通過兩種不同機理，形成兩種具有不同熱力學特征的兩種超分子自組裝結構。作者發(fā)現(xiàn)通過調(diào)控溶劑的極性和溶液的溫度，在中等π-π堆積驅動力強度下，化合物1會通過反協(xié)同機制（anticooperative）形成H-聚集體；當π-π堆積驅動力進一步增強時，H-聚集體會通過協(xié)同機制（cooperative）轉化為J-聚集體。
作者建立了能夠模擬兩種聚集路徑的數(shù)學模型模擬了分子1的自組裝行為。模擬的結果和實驗結果高度吻合，數(shù)學模擬還揭示了三個重要結論：一、反協(xié)同（anticooperative）機制自組裝傾向于形成超分子低聚物（supramolecular oligomers），而協(xié)同機制（cooperative）自組裝傾向于形成高分子量的超分子聚合物（supramolecular high polymers）。二、如果在一個體系中兩種機制共存并競爭，通過協(xié)同機制形成超分子高聚物的過程會被延后：具體到化合物1的體系中，就會觀察到兩種形式的聚集體依照聚集程度的強弱先后出現(xiàn)的現(xiàn)象。三、通過分析化合物1的數(shù)學模擬結果，如果能夠通過化學修飾使得H-聚集體的形成變得困難，就可以只出現(xiàn)協(xié)同機制形成J-聚集體。
基于這樣的假設，作者設計并合成了化合物2。通過2,4,6-三甲基苯基的引入，使得化合物2難以形成H-聚集體，只能通過協(xié)同機制形成J-聚集體。這個結果驗證了作者對于這個復雜體系的超分子自組裝理解的正確性。對于理性設計復雜超分子自組裝體系，控制自組裝結構都有重要意義。
該論文以“華東理工大學”為第二通訊單位，該論文工作得到了國家自然科學基金委項目的支持。