CN1646501A - 纳米膜和薄膜组合物 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于过滤的纳米膜，它是从取向两亲性分子和取向大环模块生产的。该两亲性物质可以在界面或表面上取向。该纳米膜可以将取向层沉积或附接于基材上来制备。纳米膜也可通过将取向大环模块偶联以提供薄膜来制备。

Description

纳米膜和薄膜组合物

相关申请的交叉引用

本申请要求了US临时申请序列号No.60/383,236(2002年5月22日申请)的优先权，并且是US申请序列号No.10/226,400(2002年8月23日申请)的部分继续，而后者又是US申请序列号No.10/071,377(2002年2月7日)的部分继续，将它们的全部内容引入本文作参考。

技术领域

本发明不同地涉及偶联取向两亲性大环模块的薄层组合物，具有特殊渗透性能的纳米膜，和用于过滤与分离的纳米膜。该薄层纳米膜可以应用于各种的选择性渗透过程。

本发明的背景

纳米技术包括在原子和分子水平上工程设计新型结构的能力。纳米技术的一个领域是开发可以组装具有预定性能的分层分子的化学结构单元。制备化学结构单元或纳米结构的一种方法是通过设计和合成具有充分定制的性能的起始原料而从原子和分子水平开始。在原子水平的精确控制是形成合理定制的合成-结构-性能相互关系的基础，它可以提供具有独特结构和可预测的性能的材料。对纳米技术的追求受到自然界的启示。例如，生物组织是以结构水平的级别为基础；原子形成生物分子，该生物分子排列到细胞器官、细胞和最终到生物体中。这些结构单元能力是空前的普通材料和方法，如生产反应物的统计混合物或限制(confinement)以增强某些反应途径的聚合反应。例如，从天然蛋白质中发现的二十种普通的氨基酸，制造出多于10⁵种的稳定和独特的蛋白质。

可从纳米技术中受益的一个领域是使用膜的过滤。可以选择性地制备在各种分离方法中使用的普通膜，使之可透过各种分子物质。普通膜的渗透性能一般取决于物质通过膜结构的输送途径。虽然在普通选择性透过材料中的扩散途径可以做成弯曲的，以便控制渗透，但孔隙度不能通过普通方法很好地限定或控制。制造膜的规则或独特孔隙结构的能力是长期存在的分离技术的目标。

物质流经薄膜的阻力可以通过流路长度来控制。通过使用非常薄的膜作为薄膜可以大大降低阻力，但薄膜材料的机械强度会降低。普通薄膜可以具有至少100-200纳米，常常多达毫米厚度的阻隔层厚度。一般来说，膜阻隔材料的薄膜可以沉积在较大厚度的多孔基材上，以恢复材料强度。

薄膜分离法用于从流体中分离组分，其中尺寸小于一定“截止”尺寸的原子或分子组分可以与较大尺寸的组分分离。通常，小于截止尺寸的物质会通过膜。截止尺寸可以是近似经验数值，它反映了小于截止尺寸的组分的输送速率只是快于较大组分的输送速率的现象。在普通的压力驱动膜分离方法中，影响组分分离的主要因素是尺寸、电荷和组分在膜结构中的扩散率。在渗析中，分离的驱动力是浓度梯度，而在电渗析中，将电动势施加于离子选择膜。

在所有这些方法中，所需要的是对于待分离流体的组分的选择性渗透膜阻隔材料。

本发明概述

在一个方面，本发明涉及包括偶联取向两亲性大环模块的纳米膜。纳米膜的模块可以通过模块的反应活性官能团偶联，或可以通过连接剂分子偶联。该偶联可以通过化学、热、光化学、电化学或辐照方法来引发。

在一些变型中，纳米膜的厚度低于约30纳米，有时低于约4纳米，和有时低于约1纳米。

纳米膜可具有过滤功能，它用于描述穿过纳米膜的物质。纳米膜仅仅对于在特定流体中的特定物质以及比所述特定物质小的物质有渗透性。纳米膜可具有分子量截止值。

特定的纳米膜可以对于在某些溶剂中的某些物质具有高渗透性。纳米膜可以对于在某些溶剂中的某些物质具有低渗透性。纳米膜可以对于某些物质具有高渗透性和对于在某些溶剂中的其它物质具有低渗透性。

纳米膜阻隔体可以由纳米膜的层组成。可以在任何两个纳米膜层之间使用间隔层。间隔层可以包括聚合物、凝胶和其它物质的层。

纳米膜可以沉积在基材上，该基材可以是多孔或无孔的。纳米膜可具有表面附着基团，并通过表面附着基团以共价键键接于基材，或通过离子相互作用键接于基材上。

在另一个变型中，本发明涉及过滤的方法，包括使用纳米膜从流体或溶液中分离组分或物质。

在一些情况下，纳米膜由通过使用朗缪尔表面膜秤(Langmuir trough)沉积在基材上的取向大环模块组成。在其它变型中，纳米膜可以由偶联取向两亲性分子和取向两亲性大环模块组成。

在一个变型中，纳米膜由通过亲水基团偶联的取向两亲性分子组成。

附图的简述

图1说明了六聚物1dh的纳米膜的制备流程的例子。

图2说明了两亲性烷基硫醇分子的纳米膜的制备流程的例子。

图3说明了两亲性2-氨基(链烷)酸甲基酯分子的纳米膜的制备流程的例子。

图4说明了两亲性烷基胺分子的纳米膜的制备流程的例子。

图5说明了纳米膜对基材的附着的流程的例子，显示了表面附着基团的例子。

图6A和6B说明了六聚物1dh的纳米膜的制备的椭圆光度法图像(ellipsometric images)的例子。

图7说明了六聚物1dh的纳米膜的等压蠕变的例子。

图8A和8B说明了六聚物1dh的纳米膜的制备的FTIR光谱的例子。

图9说明了六聚物1dh的纳米膜的制备的椭圆光度法图像的例子。

图10A、10B和10C说明了附着于基材上的十七烷酸甲基酯的纳米膜的制备的椭圆光度法图像的例子。

图11A和11B说明了附着于基材上的N-十八烷基丙烯酰胺的纳米膜的制备的椭圆光度法图像的例子。

图12说明了六聚物1dh的纳米膜的结构的表达。

图13说明了八聚物5jh-天门冬氨酸(aspartic)的纳米膜的结构的表达。

图14说明了从六聚物1jh-AC制备的纳米膜的朗缪尔表面膜秤面积对时间的曲线。

图15说明了从六聚物1jh-AC制备的纳米膜的椭圆光度法图像的例子。

图16说明了六聚物1jh-AC的纳米膜的制备的FTIR光谱的例子。

图17A和17B显示了六聚物大环模块的实例的结构的例子的表达。

图2A显示了六聚物大环模块的实例的朗缪尔等温线的例子。

图2B显示了六聚物大环模型的实施方案的等压蠕变的实例。

图3A显示了六聚物大环模块的实例的朗缪尔等温线的例子。

图3B显示了六聚物大环模型的实例的等压蠕变的实例。

本发明的详细说明

大环模块和纳米膜组合物

在一个方面，本发明涉及在具有原子或分子尺寸的孔隙的多孔结构和材料的制备中的纳米技术。这些材料可具有独特的结构，它每隔一定间隔重复而提供了具有基本上均匀尺寸的孔隙的晶格。该独特的结构可具有各种的形状和尺寸，因此提供了各种形状和尺寸的孔隙。因为该独特的结构可以在分子厚度的单层中形成，由该独特结构所限定的孔隙可包括分子大小的空腔、开口或空腔状结构。一般说来，由这些独特结构确定的原子到分子大小的孔隙可用于选择性渗透或分子筛分功能。纳米技术的一些方面已给出在Nanostructured Materials，J.Ying，ed.，Academic Press，SanDiego，2001中。

本发明进一步包括分子的合理设计，该分子可以组装成构造单元以便进一步组装成更大的物质。可以使用标准化分子亚单元或模块，从它们可以组装具有预定性能的多层次的分子。偶联反应可以用于在直接的合成中组合或附接模块。

纳米技术包括分子构造单元的组装以形成具有嵌入(built-in)方向性的中等尺寸多层次分子。理想地，纳米组装是从一组合成子开始，它们经过组装而形成模块。合成子是初级起始原料的各个分子。该模块可以具有一组“分支”，该分支被指定与其它模块互联。模块是合成子以共价键方式的组合。模块可以用作较大分子物质的构造单元，其中包括独特地结构化的物质和组合物。各种各样的现实应用，如薄膜或多孔材料，可以从纳米-化学工具、组合物和工艺过程派生。

分子模块可以从环状有机合成子制备。合成子可以偶合或键接在一起而形成模块。例如，大环模块可以用环状有机合成子R，R-1，2-反式二氨基环己烷和4-取代的2，6-二甲酰基苯酚制备。这些合成子可以偶联而形成具有下列排列的六聚大环模块：

其中各R基团可以是不同的。

这些六聚的模块和其它类似物可以用作构造单元，以提供具有某些受控和可预测的性能的结构。从环状有机合成子制备的大环模块和两亲性大环模块已描述于US专利申请No.10/071,377和10/226,400中，和在2003年2月7日申请的标题为“大环模块组合物”的PCT申请中，它们被引入这里供参考。下面进一步描述合成子、大环模块和两亲性大环模块和它们的合成方法的例子。

用作构造单元的模块的实例示于表1中。

表1：大环模块的例子

通过在模块上提供赋予模块以两亲性特性的官能团，该大环模块可以在表面上取向。例如，当模块沉积在亲水性表面上时，附接于模块上的疏水性取代基团或疏水尾会引起模块在表面上重新取向，这样疏水性取代基取向远离该表面，使得模块的亲水性更强的小平面向着该表面取向。疏水基的例子包括低级烷基，具有7、8、9、10、11、12或更多个碳原子的烷基，其中包括具有14-30个或30个或30个以上碳原子的烷基，取代的烷基，芳基，取代的芳基，饱和或不饱和环烃，杂芳基，杂芳基烷基，杂环，和相应取代的基团。疏水性基团可能含有一些亲水基或取代基，只要基团的疏水性特性没有被超越即可。在另一种变型中，疏水性基团可以包括取代的硅原子，和可以包括氟原子。

在另一种情况下，亲水基可以包括在模块中，引起模块在表面上取向。亲水基的例子包括羟基，甲氧基，苯酚，羧酸类和它的盐，甲基，乙基，和羧酸的乙烯基酯，酰胺，氨基，氰基，铵盐，锍盐，膦盐，聚乙二醇，环氧基，丙烯酸酯，磺酰胺，硝基，-OP(O)(OCH₂CH₂N⁺RR’R″)O-，胍鎓，胺化物，丙烯酰胺，吡啶鎓，哌啶，和它们的组合物，其中R、R’和R″各自独立地选自H或烷基。

在表面上分子的构象取决于其中分子停留在表面上的相或层的负载，密度或状态。用于使模块取向的表面包括界面，如气体-液体，空气-水，不溶混性液体-液体，液体-固体，或气体-固体界面。取向层的厚度可以基本上是单分子层厚度。

纳米膜是薄膜并可以从大环模块制备。纳米膜也可以从大环模块与其它的非模块分子一起制备。在一些情况下，纳米膜可以从非模块分子制备。形成纳米膜的模块可以沉积在表面上。在一些情况下，纳米膜是从偶联的模块制备的。

纳米膜组合物可以通过让两亲性大环模块在表面上取向来制备。排列在纳米膜层中的表面取向的大环模块可以提供独特的组合物。从表面取向的大环模块制备的纳米膜的组合物可以是固体，凝胶，或液体。纳米膜的模块可以处于膨胀状态，液体状态，或液体膨胀状态。纳米膜的模块的状态可以是凝聚的，扁瘪的，或可以是固相或密堆积的状态。纳米膜的模块可以通过弱吸引力相互发生作用。从表面取向的大环模块制备的纳米膜的模块不必由任何强相互作用或偶联来连接。或者，纳米膜的模块可以通过例如共价键或离子相互作用来连接。

本文中对于分子结构部分或分子物质、分子和模块所使用的术语“偶联”是指，它们与其它分子结构部分或分子物质、分子或模块的附接或缔合，不论该附接或缔合是特定的或非特定的、可逆的或不可逆的，是化学反应的结果，或是直接或间接的物理相互作用、弱相互作用、或疏水性/亲水相互作用的结果，或作为磁、静电或电磁相互作用的结果。偶联可以是特定的或非特定的，和由偶联反应形成的键常常是共价键，或极性共价键，或混合离子-共价键，和有时是氢键，范德华力，伦敦力，离子或静电力或相互作用，偶极子-偶极子或分散力，或其它类型的结合。

在表面上取向的模块可以偶联形成薄层组合物或纳米膜。表面取向的模块可以在二维阵列中偶联而形成基本上单分子层纳米膜。该二维阵列一般是贯穿该薄层组合物的一个分子厚度，并由于物理和化学力而局部地变化。通过在偶联过程之前或过程中让模块在表面上取向，模块进行偶联而形成基本上二维的薄膜。

大环模块可以在制备后具有反应活性官能团，该基团允许模块的偶联。通过模块偶联所形成的产物的性质在一个方面取决于反应活性官能团相对于模块结构的相对取向，和在另一个方面取决于互补的官能团在不同模块上的排列，这些不同模块可以彼此形成共价键、非共价键或其它结合附接。

在一种变型中，模块包括反应活性官能团，后者直接偶联到其它模块的互补反应活性官能团上而在模块之间形成连接基(linkages)。该反应活性官能团可以在偶联之前或之后为模块的两亲性特性作贡献，或以共价键方式或非共价键方式附接于模块。该反应活性官能团可以在模块于表面上取向之前、过程中或之后被附接于模块。

模块的反应活性官能团和在偶联模块中形成的连接基的例子包括在表2中所示的那些。各模块可具有1-30个或更多个反应活性官能团，该官能团常常偶联到另一个模块上。

在从大环模块和其它组分制造纳米膜时，在大环模块之间形成一个或多个偶联连接基，和在大环模块和其它组分之间发生偶联。在大环模块之间形成的连接基可以是各个大环模块的一个官能团的偶联产物。例如，第一大环模块的羟基可以与第二大环模块的酸基团或酰卤基团偶联而在两个大环模块之间形成酯连接基。另一个实例是亚胺连接基，-CH＝N-，由在一个大环模块上的醛-CH＝O与在另一个大环模块上的胺-NH₂的反应获得。在大环模块之间的连接基的例子示于表2中。

表2：模块的反应活性官能团的例子

官能团A	官能团B	所形成的连接基
			-NH2	-C(O)H	-N＝CH-
-NH2	-CO2H	-NHC(O)-
			-NHR	-CO2H	-NRC(O)-
-OH	-CO2H	-OC(O)-
			-X	-O Na	-O-
-SH	-SH	-S-S-
			-X	-(NR)Li	-NR-
-X	-SNa	-S-
			-X	-NHR	-NR-
-X	-CH2CuLi	-CH2-
			-X	-(CRR′)n＝1-6CuLi	-(CRR′)n-
模块-X	模块-X	模块-模块
			-CH2X	-CH2X	-CH2CH2-
-ONa	-C(O)OR	-C(O)O-
			-SNa	-C(O)OR	-C(O)S-

在表2中，R和R’表示氢或烷基，和X是卤素或其它良好的离去基团。

这些官能团可以由间隔基团与模块分开。间隔基团的例子是亚烷基，芳基，酰基，烷氧基，饱和或不饱和环烃，杂芳基，杂芳基烷基，或杂环基团，和相应取代的基团。间隔基团的其它例子是聚合物，共聚物，或低聚物链，例如，聚氧化乙烯，聚氧化丙烯，多糖，聚赖氨酸，多肽，聚(氨基酸)，聚乙烯吡咯烷酮，聚酯，聚丙烯酸酯，聚胺，聚亚胺，聚苯乙烯，聚(乙酸乙烯酯)，聚四氟乙烯，聚异戊二烯，氯丁二烯聚合物，聚碳酸酯，聚氯乙烯，聚偏二氟乙烯，聚乙烯醇，聚氨酯，聚酰胺，聚酰亚胺，聚砜，聚醚砜，聚磺酰胺，聚亚砜，和它们的共聚物。聚合物链间隔结构的例子包括线性、支化、梳形和树枝状的聚合物，无规和嵌段共聚物，均聚物和杂聚物，柔性和刚性链。该间隔基可以是不干扰连接基的形成的任何基团。间隔基团可以比反应活性官能团(间隔基团附接于它上面)更长或更短。

表面取向的模块彼此之间的偶联可以通过模块的反应活性官能团偶联到连接剂分子上来实现。所牵涉的反应活性官能团可以是在表2中举例的那些。模块可以通过连接剂分子偶联到至少一个其它模块上。连接剂分子是用于偶联至少两个模块的离散的分子物质。各个模块可具有1-30个或更多个可偶联于连接剂分子上的反应活性官能团。连接剂分子可具有1-20个或更多个可以偶联于模块上的反应活性官能团。

在一种情况下，连接剂分子具有至少两个反应活性官能团，它们中的每一个可以偶联到模块上。在这些变型中，连接剂分子可以包括用于偶联模块的各种反应活性官能团。模块和连接剂分子的反应活性官能团的例子在表3中列出。

表3：模块和连接剂分子的反应活性官能团的例子

在表3中，n＝1-6，m＝1-10，R＝CH₃或H，R’＝-(CH₂)n-或苯基，R″＝-(CH₂)-，聚乙二醇(PEG)，或聚丙二醇(PPG)，和X是Br，Cl，I，或其它良好的离去基团，该离去基团是仅仅由碳、氧、氮、卤素、硅、磷、硫和氢原子组成并具有1-20个碳原子的有机基团。模块可具有在表3中列举的各种反应活性官能团的组合。

引发模块偶联于连接剂分子的方法包括化学法，热法，光化学法，电化学法和辐照法。

在一种变型中，如在图1中所说明，模块六聚物1dh通过丙二酰胺酸二乙基酯连接剂偶联于第二模块上。

包括互联的模块的纳米膜可以通过将模块聚集体的一个或多个构件(members)偶联在一起，也许与其它的庞大或柔性组分偶联，来制备，形成薄层纳米膜材料或组合物。模块的偶联可以是完全的或不完全的，只要各种的结构变型用作纳米膜型薄膜。该纳米膜可具有独特的分子结构。从取向和偶联的模块制备的纳米膜的组成结构可包括独特的分子结构连同其它组分结构。纳米膜的结构可以是在与模块尺寸相比显得较长的距离中具有偶联模块的精确有序化的基本上结晶的结构。纳米膜也可以在制备之后具有玻璃的结构。其它的纳米膜具有模块的较少长程有序并且在分子形式上是无定形的。在一些变型中，该纳米膜是偶联模块的弹性组合物。在其它情况下，该纳米膜是脆性薄膜。可以发现特定的纳米膜具有一些区域，该区域具有一种以上的这些结构变型。

从表面取向的分子物质或模块制备的纳米膜的厚度是特别小的，常常低于约30纳米，有时低于约20纳米，和有时低于约15，14，13，12，11，10，9，8，7，6，5，4，3，2，或1纳米。纳米膜的厚度部分地取决于在模块上的赋予模块以两亲性特性的基团的结构和性质。该厚度可以取决于温度，和在表面上或位于纳米膜内的溶剂的存在。如果在模块上的赋予模块以两亲性特性的基团在模块已经偶联之后或在纳米膜制备的过程中或之后的其它时刻被除去或改性，则厚度可以改进。纳米膜的厚度也可以取决于在模块上表面附接基团的结构和性质。如果在模块已经偶联之后或在纳米膜制备的过程中或之后的其它时刻，在模块上的表面附接基团被除去或改性，则厚度可以改进。从表面取向的分子物质或模块制备的纳米膜的厚度可以低于约300，200，250，200，150，100，90，80，70，60，50，40，30，20，10，或5埃。

在一些情况下，该纳米膜可以衍生化以提供生物相容性或减少由于生物分子的附接或吸收所引起的纳米膜的沾污。

该纳米膜组合物可以包括其中模块互联的独特结构化区域。模块的偶联提供其中形成独特结构的纳米膜。纳米膜结构确定了一些孔隙，原子、分子或仅仅达到特定尺寸的颗粒和组合物可以通过该孔隙。纳米膜结构的一个变型包括能面对流体介质(液体或气体)的纳米膜的面积，并提供孔隙或开口，原子、离子、小分子、生物分子或其它物质能通过该孔隙或开口。由纳米膜结构确定的孔隙的尺寸可以由量子力学计算和评价，和由物理试验来说明。

由纳米膜结构确定的孔隙的尺寸是由纳米膜的实际原子和化学结构特征描述。在纳米膜结构中形成的孔隙的大致直径是约1-150埃或更多。在一些实施方案中，孔隙的尺寸是大约1-10埃，约3-15埃，约10-15埃，约15-20埃，约20-30埃，约30-40埃，约40-50埃，约50-75埃，约75-100埃，约100-125埃，约125-150埃，约150-300埃，约300-600埃，约600-1000埃。在纳米膜结构中形成的孔隙的大致尺寸可用于理解纳米膜的孔隙度。另一方面，普通薄膜的孔隙度通常由经验数据如分子量截止值来定量，它反映了复杂的扩散和其它输送特性。

在一种变型中，纳米膜结构可以是偶联模块的阵列，提供了具有基本上均匀尺寸的孔隙的阵列。均匀尺寸的孔隙可以由单个模块本身确定。各个模块确定了具体尺寸的孔隙，这取决于模块的构象和状态。例如，纳米膜的互联模块的构象可以与溶剂中的初生的、纯的大环模块不同，和这两者不同于在偶联之前在表面上取向的两亲性模块的构象。包括偶联模块的阵列的纳米膜结构可以以偶联模块的结构和构象为基础，提供具有基本上均匀尺寸的孔隙的矩阵或晶格。

可以制备具有各种组成和结构的模块，它确定了不同尺寸的孔隙。从偶联模块制备的纳米膜可以从各种模块的任何一种制备。因此，提供了具有各种尺寸的孔隙的纳米膜，这取决于用于制备纳米膜的具体模块。

在其它情况下，纳米膜结构在互联模块的矩阵中确定孔隙。由纳米膜结构确定的孔隙可具有各种的尺寸，例如能够有选择地封闭小分子或大分子通道的尺寸。纳米膜结构可以从两个或多个模块的偶联形成，其中由连接的模块的组合结构确定了空隙式的孔隙。纳米膜可具有各种尺寸和特性的孔隙的延伸矩阵。空隙式的孔隙可以是例如低于约5埃，低于约10埃，约3-15埃，约10-15埃，约15-20埃，约20-30埃，约30-40埃，约40-50埃，约50-75埃，约75-100埃，约100-125埃，约125-150埃，约150-300埃，约300-600埃，约600-1000埃。

偶联过程导致形成纳米膜，其中纳米膜的区域不是确切的单分子层。各种类型的局部结构是可能的，它没有阻止纳米膜在各种应用中的使用。局部的结构特征可以包括两亲性模块，它相对于相邻模块已翻转或在不同取向下旋转，让它们的疏水性和亲水性小平面与相邻模块不同地取向。局部的结构特征还包括其中纳米膜是两个或多个分子层厚度的模块的重叠(overlaying)，其中模块的偶联是不完全的，因此使得模块的一些偶联基团没有偶联到其它模块上，或其中不存在模块的局部区域。在一种变型中，由于纳米膜结构的层状，纳米膜具有至多30纳米的厚度。

正如这里所使用的，包括“取向大环模块”的纳米膜表明该大环模块在膜内是基本上均匀地取向的，但可以包括具有如以上所指明的局部结构特征的区域。局部的结构特征可以包括例如大于纳米膜表面积的约30％，低于纳米膜表面积的约30％，低于约20％，低于约15％，低于约10％，低于约5％，低于约3％，低于约1％。类似地，包括“取向两亲性分子”的纳米膜表明该两亲性分子在膜内是基本上均匀地取向的，但可以包括具有如以上指明的局部结构特征的区域。局部的结构特征可以包括例如大于纳米膜表面积的约30％，低于纳米膜表面积的约30％，低于约20％，低于约15％，低于约10％，低于约5％，低于约3％，低于约1％。

纳米膜也可以用不同模块的混合物，或用大环模块和其它两亲性分子的混合物来制备。这些纳米膜可具有偶联模块和其它两亲性分子的阵列，其中模块和其它两亲性分子的位置有序化是无规的，或对于其中一种类型的物质占主导地位的区域是非无规的。从不同模块的混合物或者从大环模块和其它两亲性分子的混合物制备的纳米膜也具有各种尺寸的孔隙的散布阵列。

在朗缪尔膜方法中，在液体亚相的表面上形成单层的取向两亲性物质。典型地，可活动的板或阻隔片可用于压缩该单层和减少它的表面积以形成更致密的单层。在各种压缩度下，具有相应表面压力，该单层可以达到各种凝聚状态。在一些情况下，该膜达到崩溃点，在此时在降低的表面压力下产生了单层的凝聚相。

由Wilhelmy平衡法监测膜的状态，获得了表面压力/膜面积等温线。等温线外推到零表面压力则揭示了在模块偶联之前每个模块的平均表面积。当用于使朗缪尔膜单层的分子取向的疏水性基团是脂肪酸基团时，在约20_²/分子的分子表面积上典型地发生扁瘪。因此，等温线得到了薄膜状态的经验指示。

取向物质的纳米膜可以通过各种方法沉积在基材上以提供多孔膜。例如，朗缪尔膜和基片的叙述已在美国专利No 6,036,778，4,722,856，4,554,076和5,102,798中，和在R.A.Hendel等人，119卷，J Am.Chem.Soc.6909-18(1997)中给出。在基材上的膜的叙述已在Munir Cheryan，Ultrafiltrationand Microfiltration Handbook(1998)中给出。

基材可以是任何材料的任何表面。基材可以是多孔和无孔的。多孔基材的例子是聚合物，轨迹-刻蚀聚碳酸酯，轨迹-刻蚀聚酯，聚醚砜，聚砜，凝胶剂，水凝胶，乙酸纤维素，聚酰胺，PVDF，陶瓷，阳极矾土，激光烧蚀聚酰亚胺，和UV刻蚀聚丙烯酸酯。无孔的基材的例子是硅，金属，金，玻璃，硅酸盐，硅铝酸盐，无孔的聚合物，和云母。

在以朗缪尔膜方法形成纳米膜时，连接剂分子，当存在时，可以添加到含有模块的溶液中，该模块沉积在朗缪尔亚相的表面上。或者，连接剂分子可以被添加到朗缪尔表面膜秤(Langmuir trough)的亚相中，和随后转移到模块层相中以偶联于模块上。在一些情况下，该模块可以被添加到朗缪尔表面膜秤的亚相中，和随后转移到模块层相中以偶联于其它模块上。

两亲性分子可以在表面如在朗缪尔单分子层表面膜秤中的空气-水界面上取向。表面取向的两亲性分子可以压缩而形成朗缪尔薄膜。朗缪尔薄膜的两亲性分子可以彼此偶联或互联而形成基本上单分子层薄膜材料。朗缪尔薄膜的两亲性分子的极性基团可以通过偶联反应偶联在一起而形成薄膜材料。两亲性分子的疏水性尾的长度可以是约8-28个碳原子。两亲性分子的疏水性尾的例子包括疏水性基团，其可以附接于大环模块上，从而赋予模块以两亲性特性。

两亲性分子的极性基团的例子包括酰胺，氨基，酯，-SH，丙烯酸酯，丙烯酰胺，环氧基，和如以上所定义的亲水基。两亲性分子的极性基团可以彼此直接相连。例如，巯基可以偶联，以在朗缪尔薄膜的两亲性分子之间形成二硫化物链节。极性基团的例子包括-OH，-OCH₃，-NH₂，-C≡N，-NO₂，-⁺NRR′R″，-SO₃ ^-，-OPO₂ ^2-，-OC(O)CH＝CH₂，-SO₂NH₂，SO₂NRR′，-OP(O)(OCH₂CH₂N⁺RR′R″)O-，-C(O)OH，-C(O)O-，胍鎓，胺化物，吡啶鎓，-C(O)OCHX₃，-C(O)OCH₂CH₃，

其中w是1-6，-C(O)OCH＝CH₂，-O(CH₂)_xC(O)NH₂，其中x是1-6，-O(CH₂)_yC(O)NHR，其中y是1-6，和-O(CH₂CH₂O)_zR，其中z是1-6。

偶联可以由例如二硫连接基附接两个两亲性分子，如在图2中所说明。偶联可以通过例如延长的酰胺连接基附接两个以上的两亲性分子。纳米膜的两亲性分子的一部分可以偶联，而剩余部分没有偶联。纳米膜的两亲性分子，包括偶联的那些和未偶联的那些，也可通过弱的非键接作用或键接的相互作用如氢键和其它相互作用来互相作用。

在通过偶联两亲性分子所制得的纳米膜的结构中发现了孔隙和阻隔性能。孔隙和阻隔性能可以通过偶联度或偶联的程度或两亲性分子的相互作用，和例如通过连接剂分子的长度来改性。

具有酯和氨基的极性基团可以偶联，通过酰胺连接基附接了两亲性分子，如在图3中所说明。

两亲性分子的极性基团可以借助于连接剂分子来彼此连接。例如，朗缪尔薄膜的两亲性分子的氨基可以通过与甲醛的曼尼奇反应来偶联，如在图4中所说明。在图4的左侧示出了两亲性分子的朗缪尔膜，和在图4的右侧示出了通过两亲性分子的偶联在纳米膜中形成的连接基的结构。通过使朗缪尔薄膜的两亲性分子发生偶联所形成的薄膜材料可具有供过滤用的阻隔性能。

纳米膜从在表面(如在朗缪尔单分子层表面膜秤中的空气-亚相界面)上取向的两亲性大环模块制备，无需使模块偶联。两亲性模块可以通过附接基团来制备，这些基团与该表面相互作用，引起模块的取向。取向两亲性模块的基本上均匀的单层，如朗缪尔膜，可以在亲水性表面上形成。表面取向的大环模块可以在纳米膜层中排列，提供独特的组合物，它可以是膨胀的状态，液态，或液体膨胀状态，或可以是凝聚的，扁瘪的，或固相或密堆积状态。取向两亲性大环模块的纳米膜可以通过各种方法沉积在基材上以提供多孔膜。

纳米膜可以通过将两亲性大环模块取向和使模块偶联来制备。模块可以直接偶联，或可以通过连接剂分子偶联。模块可以溶于溶剂中和沉积在朗缪尔单分子层表面膜秤中的空气-亚相界面上。该两亲性模块可以在界面上取向和可以压缩成凝聚的薄膜。

连接剂分子可以被添加到亚相中或添加到含有模块的溶剂中，该模块沉积在亚相上。

模块的偶联可以通过化学、热、光化学、电化学和辐照方法来引发。

在纳米膜中模块的偶联可以经由连接基或多个连接基而附接了两个或多个模块。偶联可以例如利用各自在两个模块之间形成的连接基的阵列来附接两个以上的模块。各个模块可以形成一个以上的连接到另一个模块上的连接基，和各个模块可以形成几种类型的连接基，其中包括在表2和3中例举的那些。模块可具有直接的连接基，经由连接剂分子的连接基，和包括间隔基的连接基，以任何结合方式。连接基可以将模块的任何部分连接于另一个模块的任何部分上。连接基的阵列和模块的阵列可以根据布拉威点格(Bravais lattices)的理论和对称理论来描述。

纳米膜的模块的一部分可以偶联，而剩余部分没有偶联。纳米膜的模块，包括偶联的那些和未偶联的那些，也可以通过弱的非键接作用或键接相互作用如氢键、范德华力，和其它相互作用来相互作用。在纳米膜中形成的连接基的排列可以由对称的类型来表示，或可以是基本上无序的。

加到模块上以赋予模块以两亲性特性的官能团可以在纳米膜的形成之后被除去。除去的方法取决于该官能团。例如，附接于模块上的亲油基或尾可以有选择地除去。附接于模块上赋予模块以两亲性特性的基团可以包括反应活性官能团，后者可以用于在纳米膜形成过程中或之后的一些时候除去此类基团。酸或碱水解可用于除去经由羧酸酯或酰胺连接基附接于模块上的基团。位于赋予模块以两亲性特性的官能团中的不饱和基团可以氧化和由水解分裂。赋予模块以两亲性特性的官能团的光分解法分裂也可以实施。可分裂的官能团的例子包括

其中n是0-4，该官能团可以通过光活化来分裂，和

其中n是0-4，和m是7-27，它可以由酸或碱催化的水解来分裂。

附接于模块上赋予模块以两亲性特性的官能团的例子包括8C-28C烷基，-O(8C-28C)烷基，-NH(8C-28C)烷基，-OC(O)-(8C-28C)O烷基，-C(O)O-(8C-28C)烷基，-NHC(O)-(8C-28C)烷基，-C(O)NH-(8C-28C)烷基，-CH＝CH-(8C-28C)烷基，和-C≡C-(8C-28C)烷基，其中(8C-28C)烷基的这些碳原子可以被一个或多个-S-、双键、叁键或-SiR’R″-基团间断，被一个或多个氟原子取代或这些的任何结合取代，和R’和R″独立地包括(1C-18C)烷基。

薄膜和过滤

薄膜是一种介质，它与流体或溶液接触，从该流体或溶液中分离物质或组分，例如为了过滤的目的。正常地，薄膜是一种物质，它用作阻隔层以封闭一些物质的通道，而允许其它物质的受限制或受控地通过。一般说来，渗透物可以横穿该薄膜，如果它小于截止尺寸或具有小于所谓截止分子量的分子量。该薄膜可以称作对于比截止分子量大的物质是不可渗透的。截止尺寸或分子量是薄膜的特有性能。选择性渗透是薄膜截分、限制或调节一些物质的通过并且同时允许较小物质通过的能力。因此，薄膜的选择性渗透可以根据在给定条件下能透过薄膜的最大物质用函数式来表述。各种物质的尺寸或分子量也取决于在所要分离的流体中的条件，这决定了物质的形式。例如，物质可具有在流体中水合或溶剂化的球，和与薄膜应用有关的物质的尺寸可以包括或不包括水合水或溶剂分子。因此，薄膜对于流体的物质是可渗透的，如果该物质可以以正常在流体中见到的形式穿过该薄膜的话。渗透和渗透性可以受到在流体的物质和薄膜本身之间的相互作用的影响。尽管各种理论可以描述这些相互作用，但是与纳米膜、薄膜或模块有关的通过/非通过信息的经验测量是用于描述渗透性能的有用工具。如果物质不能穿过该薄膜，则薄膜对于该物质是非渗透性的。

该纳米膜可具有一些物质分子量截止值，例如，大于约15kDa，大于约10kDa，大于约5kDa，大于约1kDa，大于约800Da，大于约600Da，大于约400Da，大于约200Da，大于约100Da，大于约50Da，大于约20Da，低于约15kDa，低于约10kDa，低于约5kDa，低于约1kDa，低于约800Da，低于约600Da，低于约400Da，低于约200Da，低于约100Da，低于约50Da，低于约20Da，约13kDa，约190Da，约100Da，约45Da，约20Da。

“高渗透性”指例如大于约70％、大于约80％、大于约90％的溶质的清除率。“中等渗透率”指例如低于约50％、低于约60％、低于约70％的溶质的清除率。“低渗透性”指例如低于约10％、低于约20％、低于约30％的溶质的清除率。如果薄膜对于物质具有非常低的清除率(例如，低于约5％，低于约3％)，或如果它对于物质具有非常高的拒斥性(例如，大于约95％，大于约98％)，则该薄膜对于此类物质是非渗透性的。溶质的通过或排除是由它的清除率测量的，它反映了实际通过该薄膜的溶质的比例。例如，在表13-14中的“未通过”符号表明该溶质被模块部分地排除，有时低于90％拒斥，常常至少90％拒斥，有时至少98％拒斥。“通过”符号表明溶质被模块部分地清除，有时低于90％清除率，常常至少90％清除率，有时至少98％清除率。

纳米膜可以沉积在基材上。该沉积可以通过物理相互作用和弱的化学力如范德华力和弱氢键作用，导致薄膜以非共价键或弱附着力附着于基材上。该薄膜可以通过离子或共价键相互作用，或其它偶联作用键接于基材上。沉积在基材上的纳米膜可以用作膜材。任何层数的纳米膜可以沉积在基材上而形成薄膜。

一层或多层的各种间隔材料可以沉积或附接在纳米膜的各层之间，和也可以在基材和纳米膜的第一沉积层之间使用间隔层。间隔层组合物的例子包括聚合物组合物，水凝胶(丙烯酸酯，聚乙烯醇，聚氨酯，聚硅氧烷)，热塑性聚合物(聚烯烃，聚缩醛，聚碳酸酯，聚酯，纤维素酯)，聚合物泡沫体，热固性聚合物，高度支化聚合物，可生物降解的聚合物如聚交酯，液晶聚合物，由原子转移自由基聚合(ATRP)制备的聚合物，由开环易位聚合(ROMP)反应制备的聚合物，聚异丁烯和聚异丁烯星形聚合物，和两亲性聚合物(例如聚马来酸酐十八碳烯)。两亲性分子的例子包括含有可聚合的基团如二炔、烯或氨基-酯的两亲性分子。该间隔层可以用于改进该纳米膜的阻隔性能，或可以用于改进薄膜或纳米膜的输送、流出或流动特性。间隔层可以用于改进薄膜或纳米膜的功能特性，如强度，模量或其它性能。

纳米膜在基材上的沉积可以通过朗缪尔-谢弗(Langmuir-Schaefer)，朗缪尔-布罗格特(Langmuir-Blodgett)或使用朗缪尔系统的其它方法来进行。在一种变型中，通过将基材放置于在空气-水界面下方的亚相中，和降低亚相的液面直至纳米膜温和地降落在基材上为止和因此沉积，从而将纳米膜沉积在朗缪尔罐中的基材上。

沉积在基材上的纳米膜可以在沉积于基材上的过程中或之后由辐照、热处理或干燥方法来固化或退火。

纳米膜可以通过共价键或非共价键化学结合作用来附接于基材表面上。表面附接基团可以提供在大环模块上，它们可用于偶联到基材上以使薄膜附着于基材上。可以进行表面附接基团中的一些但非全部的偶联，使纳米膜附着于基材上。模块中的可以用作表面附接基团使纳米膜偶联到基材上的反应活性官能团的例子包括胺，羧酸，羧酸酯，醇，二醇，乙烯基，苯乙烯，环氧化物，硫醇，卤化镁或Grignard试剂，丙烯酸酯，丙烯酰胺，二烯烃，醛，和它们的混合物。表4说明了纳米膜和基材表面的互补官能团，这些官能团用于将纳米膜偶联到基材上。

表4：表明形成连接基的纳米膜和基材表面的互补官能团的例子

在表4中，X是卤素或另一个离去基团，R和R’表示氢或烷基。可以理解的是，在表4中所列举的官能团可以颠倒，例如，基材-NH₂可以与纳米膜-C(O)H偶联而形成-N＝CH-连接基。进一步需要理解的是，在表4中所列举的官能团可以用于一起连接模块，或在表2中所列举的官能团可用于将纳米膜连接于基材上。

如在图5中所说明，该基材可具有反应活性官能团，后者偶联于模块的反应活性官能团上以使膜附着于基材上。基材的官能团可以是键接于基材的表面基团或连接基团，它可以通过使该表面基团或连接基团结合于基材的反应来形成。表面基团还可以通过各种处理比如冷等离子体处理、表面蚀刻法、固体磨损法或化学处理而在基材上产生。等离子体处理的一些方法在Inagaki，Plasma Surface Modification and Plasma Polymerization，Technomic，Lancaster，Pennsylvania，1996中给出。在一个变型中，将光活性基团如二苯甲酮基团键接于该表面或基材上。光活性基团可以用光例如紫外线活化，从而提供与大环模块偶联的反应性物质。

模块和表面的反应活性官能团可以用保护基团封闭，直至需要时为止。在形成偶联的模块纳米膜层之后，用于将模块薄膜层附接于基材表面上的反应活性官能团的保护基团可以被除去，因此允许该附接步骤继续进行。

间隔基团可以用于将纳米膜上的反应活性官能团连接于基材上。表面附接基团的间隔基团可以是聚合物链。聚合物链间隔基的实例包括聚氧化乙烯，聚氧化丙烯，多糖，聚赖氨酸，多肽，聚(氨基酸)，聚乙烯吡咯烷酮，聚酯，聚氯乙烯，聚偏二氟乙烯，聚乙烯醇，聚氨酯，聚酰胺，聚酰亚胺，聚砜，聚醚砜，聚磺酰胺和聚亚砜。聚合物链间隔结构的例子包括线性、支化、梳形和树枝状的聚合物，无规和嵌段共聚物，均聚物和杂聚物，柔性和刚性链。表面附接基团的间隔基团也包括用于将生物分子和其它化学物质偶联的双官能连接剂基团或杂双官能连接剂基团。

引发模块与基材偶联的方法包括化学法，热法，光化学法，电化学法和辐照法。

在一种情况下，光反应活性基团键接于基材上。光反应活性基团可以用光例如紫外线活化，从而提供偶联于纳米膜上的反应性物质。该光反应活性物质可以偶联到纳米膜两亲性分子的亲水性部分的原子或基团上，或偶联到纳米膜两亲性分子的疏水性部分上。该光反应活性物质可以偶联到纳米膜的连接基团上，或偶联到最初属于两亲性分子或模块(从它们制备纳米膜)的一部分的其它原子或基团上。

模块的表面附接也可通过配位体-受体媒介的相互作用，如生物素-抗生物素蛋白链菌素(biotin-streptavidin)来实现。例如，该基材可以涂有抗生物素蛋白链菌素(streptavidin)，和生物素可以附接于模块上，例如，通过连接剂基团如PEG或烷基。

可使用纳米膜的过程的例子包括牵涉到液体或气体作为连续流体相的过程，过滤，澄清，分馏，渗透蒸发，反渗透，透渗析，血液透析，亲合性分离，氧化处理，和其它过程。过滤应用可以包括离子分离，去盐，气体分离，小分子分离，超滤，微量过滤，超滤，水的净化，污水处理，毒素的除去，生物物质如细菌、病毒或真菌的除去。

合成子和大环模块

本文使用的术语“烷基”是指支化或未支化的一价烃基。“n-m C”烷基或“(nC-mC)烷基”是指含有n-m个碳原子的所有烷基。例如，1-4C烷基是指甲基，乙基，丙基，或丁基。还包括所述烷基的全部可能的异构体。因此，丙基包括异丙基，丁基包括正丁基，异丁基和叔丁基等等。具有1-6个碳原子的烷基称为“低级烷基”。术语烷基包括取代的烷基。

这里使用的术语“取代的烷基”是指具有连接于该烷基中任何一个碳上的一个或多个其它基团的烷基。附加的基团可以包括一个或多个官能团，如烷基，低级烷基，芳基，酰基，卤素，烷基卤素，羟基，氨基，烷氧基，烷基氨基，酰胺基，酰氧基，芳氧基，芳氧基烷基，巯基，饱和和不饱和环烃，杂环等。

这里使用的术语“链烯基”指具有不饱和C＝C的任何结构或结构部分。这里使用的术语“炔基”指具有不饱和C≡C的任何结构或结构部分。

本文使用的在化学式中的术语“R”、“R′”、“R″”和“R_”是指氢或官能团，各自独立地选择，除非另有说明。

本文使用的术语“芳基”是指芳族基团，它可以是单一芳环或稠合在一起、共价键连接或连接于共用基团比如亚甲基、亚乙基或羰基的多个芳环，并且包括多核环结构。芳族环尤其可以包括取代的或未被取代的苯基，萘基，联苯基，二苯甲基和二苯甲酮基团。术语“芳基”包括取代的芳基。

这里使用的术语“取代的芳基”是指具有连接于该芳基中任何碳上的附加基团的芳基。附加基团可以包括一个或多个官能团，如低级烷基，芳基，酰基，卤素，烷基卤，羟基，氨基，烷氧基，烷基氨基，酰胺基，酰氧基，芳氧基，芳氧基烷基，硫醚，杂环，饱和和不饱和的的环烃，其可以稠合到芳族环上，以共价键连接于或以其它方式连接于共用基团如亚甲基或亚乙基上，或羰基连接基团，如在环己基苯基酮中，等等。

本文使用的术语“杂芳基”是指其中芳环的一个或多个碳原子被杂原子比如氮、氧或硫取代的芳族环。杂芳基是指可以包括单一芳族环、多个芳族环或偶联于一个或多个非芳族环的一个或多个芳族环在内的结构。它包括具有稠合或非稠合的、共价键连接的或连接于共用基团比如亚甲基或亚乙基或连接于羰基(如在苯基吡啶基酮中)的多个环的结构。本文使用的术语“杂芳基”包括诸如噻吩、吡啶、异噁唑、邻苯二甲酰亚胺、吡唑、吲哚、呋喃之类的环，或这些环的苯并稠合的类似物。

这里使用的术语“酰基”指羰基取代基，-C(O)R，其中R是烷基或取代的烷基、芳基或取代的芳基，它可以在R为烷基时称作链烷酰基取代基。

这里使用的术语“氨基”指基团-NRR’，其中R和R’可以独立地是氢，低级烷基，取代的低级烷基，芳基，取代的芳基或酰基。

这里使用的术语“烷氧基”指-OR团，其中R是烷基，取代的低级烷基，芳基，取代的芳基。烷氧基包括例如甲氧基，乙氧基，苯氧基，取代的苯氧基，苄氧基，苯乙基氧基，叔丁氧基等。

这里使用的术语“硫醚”指一般结构R-S-R’，其中R和R’是相同的或不同的，可以是烷基，芳基或杂环基团。该基团-SH也可以称作“氢硫基”或“硫醇”或“巯基”。

本文使用的术语“饱和环烃”是指环结构环丙基，环丁基，环戊基等，包括取代的基团在内。饱和环烃的取代基包括用杂原子比如氮、氧或硫取代该环的一个或多个碳原子。饱和环烃包括二环结构比如双环庚烷类和双环辛烷类，以及多环结构。

本文使用的术语“不饱和环烃”是指具有至少一个双键的单价非芳族基团，比如环戊烯，环己烯等，包括取代的基团在内。不饱和环烃的取代基包括用杂原子比如氮、氧或硫取代该环的一个或多个碳原子。本文使用的术语“环烃”包括取代和未取代的、饱和和不饱和的环烃类，和多环结构。不饱和环烃包括二环结构比如双环庚烯类和双环辛烯类，和多环结构。

这里使用的术语“杂芳基烷基”指其中杂芳基通过烷基所附接的烷基。

这里使用的术语“杂环”指具有单环或多个稠环的一价饱和或不饱和的非芳族基团，在环中有1-12个碳原子和有1-4个选自氮、磷、硫或氧中的杂原子。杂环的例子包括四氢呋喃，吗啉，哌啶，吡咯烷等。

正如这里所使用，如上所述的各个化学术语特意地包括相应取代的基团。例如，术语“杂环”包括取代的杂环基团。

本文使用的术语“两亲性分子”或“两亲性”是指既显示亲水特性又显示亲油特性的物质。一般说来，两亲性分子含有亲油性结构部分和亲水性结构部分。两亲性分子可以形成朗缪尔薄膜。

亲水性结构部分的例子包括但不限于羟基，甲氧基，苯酚，羧酸和它的盐，羧酸的甲基和乙基酯，酰胺，氨基，氰基，铵盐，单烷基取代的氨基，二烷基取代的氨基，-NRR’，-N≡C，-NHR，锍盐，鏻盐，聚乙二醇，聚丙二醇，环氧基，丙烯酸酯，磺酰胺，硝基，-OP(O)(OCH₂CH₂N⁺RR’R”)O^-，胍鎓，胺化物，丙烯酰胺，和吡啶鎓。此类亲水性结构部分可以包括基团，如聚乙二醇，或例如被醇、羧酸酯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或

基团(其中y是1-6)取代的聚亚甲基链。亲水性结构部分还可以包括具有内部氨基或取代的氨基，例如内部-NH-、-NC(O)R-或-NC(O)CH＝CH₂-基团的烷基链。亲水性结构部分还可以包括聚己酸内酯，聚己酸内酯二醇，聚(乙酸)，聚(乙酸乙烯酯)，聚(2-乙烯基吡啶)，纤维素酯，纤维素羟基醚，聚(L-赖氨酸氢溴酸盐)，聚(衣康酸)，聚(马来酸)，聚(苯乙烯磺酸)，聚(苯胺)，或聚(乙烯基膦酸)。

亲油性结构部分的实例不受限制地包括线性或支链烷基，包括1-28C烃在内。可以作为亲油基团偶联于合成子或大环模型的基团的实例包括烷基，-CH＝CH-R，-C≡C-R，-OC(O)-R，-C(O)O-R，-NHC(O)-R，-C(O)NH-R，和-O-R，其中R是4-18C烷基。各链可以独立地不受限制地包括链烯基，炔基，饱和和不饱和的环烃，或芳族基团。各链还可以含有散布于该碳链之间的被烷基、链烯基、炔基、饱和和不饱和环烃或芳基取代的一个或多个硅原子。各链的碳原子可以独立地被一个或多个氟原子取代。烷基的碳原子可以被一个或多个官能团例如-S-、双键、叁键或-SiR’R”-基团(其中R’和R″独立地是H或烷基)间隔，其任何一个可以被一个或多个氟原子取代，以及可以使用此类官能团的任何组合。

本文使用的术语“官能团”包括，但不限于，化学基团，有机基团，无机基团，有机金属基团，芳基基团，杂芳基基团，环烃基团，氨基(-NH₂)，羟基(-OH)，氰基(-CN)，硝基(NO₂)，羧基(-COOH)，甲酰基(-CHO)，酮基(-CH₂C(O)CH₂-)，链烯基(-C＝C-)，炔基(-C≡C-)，和卤素(F，Cl，Br和I)基团。

本文使用的术语”活化酸”是指-C(O)X结构部分，其中X是离去基团，其中该X基团可容易地被亲核体置换，从而在-C(O)-和亲核体之间形成共价键。活化酸的例子包括酰氯，酰基氟，对-硝基苯基酯，五氟苯基酯，和N-羟基琥珀酰亚胺酯。

本文使用的术语“氨基酸残基”是指当包括至少一个氨基(-NH₂)和至少一个羧基(-C(O)O-)的物质通过其氨基或羧基的任何一个与合成子的原子或官能团偶联时形成的产物。没有进行偶联的氨基或羧基的任何一个可以用可除去的保护基封闭。

合成子

本文使用的术语“合成子”是指用于制备大环模块的分子。合成子可以基本上是一种异构构型，例如，单一对映异构体。合成子可以被用于将合成子与其它一个或多个合成子偶联的并且属于该合成子一部分的官能团取代。合成子可以被用来赋予合成子或由该合成子制备的物质以亲水性、亲油性或两亲性的原子或原子基团取代。合成子可以被在该合成子上用于形成可将该合成子与其它一个或多个合成子偶联的一个或多个官能团的原子或原子基团取代。在被官能团或用来赋予亲水性、亲油性或两亲性的基团取代之前的合成子可以被称为芯合成子。本文使用的术语“合成子”是指芯合成子，还指被官能团或用于赋予亲水性、亲油性或两亲性的基团取代的合成子。

本文使用的术语“环状合成子”是指具有一个或多个环结构的合成子。环结构的实例包括芳基、杂芳基和环烃结构体，包括双环结构和多环结构在内。芯环状合成子的实例包括但不限于：苯，环己二烯，环戊二烯，萘，蒽，亚苯基，菲蒽(phenanthracene)，芘，苯并菲，菲，吡啶，嘧啶，哒嗪，联苯基，双吡啶基，环己烷，环己烯，十氢化萘，哌啶，吡咯烷，吗啉，哌嗪，吡唑烷，奎宁环，四氢吡喃，二噁烷，四氢噻吩，四氢呋喃，吡咯，环戊烷，环戊烯，三蝶烯，金刚烷，双环[2.2.1]庚烷，双环[2.2.1]庚烯，双环[2.2.2]辛烷，双环[2.2.2]辛烯，双环[3.3.0]辛烷，双环[3.3.0]辛烯，双环[3.3.1]壬烷，双环[3.3.1]壬烯，双环[3.2.2]壬烷，双环[3.2.2]壬烯，双环[4.2.2]癸烷，7-氮杂双环[2.2.1]庚烷，1，3-二氮杂双环[2.2.1]庚烷，和螺[4.4]壬烷。芯合成子包括该芯合成子与其它合成子偶联的全部异构体或排列。例如，芯合成子苯包括合成子如1，2-和1，3-取代苯，其中分别在该苯环的1，2-和1，3-位置形成合成子之间的键。例如，芯合成子苯包括1，3-取代的合成子，如

其中L是在合成子之间的键，该苯环的2，4，5，6-位还可以具有取代基。在合成子之间的缩合键包括例如在一个环状合成子的环原子与另一环状合成子的环原子之间的直接偶联，其中合成子M-X和M-X偶联成M-M，其中M是环状合成子和X是卤素；例如，当M是苯基时，获得了缩合连接基：

大环模块

大环模块是偶联的合成子的闭环。为了制备大环模块，合成子可以用将该合成子偶联成大环模块的官能团取代。合成子还可以用在大环模块的结构中保留的官能团取代。保留在大环模块中的官能团可以用来偶联该大环模块与其它大环模块。

大环模块可以含有3至约24个环状合成子。在大环模块的闭环中，第一环状合成子可以偶联于第二环状合成子，该第二环状合成子可以偶联于第三环状合成子，该第三环状合成子可以偶联于第四环状合成子，如果在大环模块中存在四个环状合成子的话，依此类推，第四个偶联于第五个，直到第n个环状合成子可以偶联于其前者，以及该第n个环状合成子可以偶联于第一个环状合成子，从而形成环状合成子的闭环。在一个变型中，大环模块的闭环可以用连接剂分子形成。

大环模块可以是两亲性大环模块，当亲水性和亲油性官能团存在于该结构之中时。大环模块的两亲性可以来源于合成子中的原子，合成子之间的连接基中的原子，或偶联于合成子或连接基的官能团中的原子。

在一些变型中，大环模块的一个或多个合成子可被一个或多个亲油结构部分取代，同时一个或多个合成子可以被一个或多个亲水结构部分取代，从而形成两亲性大环模块。亲油性和亲水性结构部分可以与两亲性大环模块中的同一合成子或连接基偶联。亲油性和亲水性结构部分可以在大环模块的闭环形成之前或之后偶联于该大环模块。例如，亲油性或亲水性结构部分可以在通过合成子或连接基的取代形成闭环之后加到大环模块上。

大环模块的两亲性可以部分地通过其形成稳定的朗缪尔膜的能力来表征。可以在按毫牛顿/米(mN/m)计量的特定表面压力下用按毫米/分钟(mm/min)计量的特定阻隔层速度在朗缪尔表面膜秤上形成朗缪尔膜，以及可以测量在恒定表面压力下的等压蠕变变形或膜面积改变来表征膜的稳定性。例如，在水面下相中的大环模块的稳定朗缪尔膜可以具有5-15mN/m的等压蠕变变形，使得膜面积的大部分保持大约1小时的时间。在水面下相的大环模块的稳定朗缪尔膜的实例可以具有5-15mN/m的等压蠕变变形，使得大约70％的膜面积保持大约30分钟的时间，有时大约70％的膜面积保持大约40分钟的时间，有时大约70％的膜面积保持大约60分钟的时间，和有时大约70％的膜面积保持大约120分钟的时间。在水面下相的大环模块的稳定朗缪尔膜的其它实例可以具有5-15mN/m的等压蠕变变形，使得大约80％的膜面积保持大约三十分钟的时间，有时大约85％的膜面积保持大约30分钟的时间，有时大约90％的膜面积保持大约30分钟的时间，有时大约95％的膜面积保持大约30分钟的时间，和有时大约98％的膜面积保持大约30分钟的时间。

在一个方面，各大环模块可以在其结构中包括孔隙。各大环模块可以根据该模块的构象和状态来确定特定大小的孔。可以制备限定了不同大小的孔的各种大环模块。

大环模块可以在其结构中包括柔性。柔性可以使大环模块更容易地通过偶联反应与其它大环模块形成连接基。大环模块的柔性还可以在调节物质通过大环模块的孔的过程中起作用。例如，柔性可以影响各大环模块的孔的尺寸，因为多种多样的构象可供该结构获得。例如，该大环模块可以在当在孔中没有取代基时的一个构象中具有一定的孔尺寸，而相同的大环模块可以在当该大环的一个或多个取代基位于孔中时的另一个构象中具有不同的孔尺寸。同样地，该大环模块可以在当一组取代基存在于孔中时的一个构象中具有一定的孔尺寸，而在当一组不同取代基位于孔中时的另一个构象中具有不同的孔尺寸。例如，位于孔中的该“一组”取代基可以是按一个区域异构体排列的三个烷氧基，而该“一组不同的”取代基可以是按另一种区域异构体排列的两个烷氧基。位于孔中的该“一组”取代基和位于孔中的该“一组不同的”取代基的作用是提供可以与其它调节因素一起调节输送和过滤的大环模块组合物。

在由合成子制备大环模块的方法中，合成子可以作为基本纯的单一异构体，例如作为纯单一对映异构体使用。

在由合成子制备大环模块的方法中，在相邻合成子之间形成了一个或多个偶联连接基。在合成子之间形成的连接基可以是在一个合成子上的一个官能团与在第二个合成子上的互补官能团的偶联产物。例如，第一合成子的羟基可以与第二合成子的酸基或酰卤基团偶联，从而在两个合成子之间形成酯连接基。另一个实例是亚胺键-CH＝N-，由在一个合成子上的醛-CH＝O与在另一个合成子上的胺-NH₂的反应获得。

互补官能团和在合成子之间的连接基的实例在表5中示出。

表5：合成子和合成子连接基的官能团的实例

在表5中，R和R’表示氢或官能团，X是卤素或其它的良好离去基团。

在另一个变型中，大环模块可以具有用于偶联于其它大环模块的官能团，后者在最初制备闭环之后偶联于该大环模块。例如，大环模块的亚胺连接基可以被各种官能团之一取代，从而产生其它大环模块。在具有使大环模块偶联的官能团的合成子之间的连接基的实例在表6中示出。

表6：合成子和合成子连接基的官能团的实例

表6中，X是卤素，Q₁和Q₂是属于模块一部分的独立选择的合成子。

用于在合成子或其它大环模块之间形成连接基的合成子的官能团可以通过间隔基与该合成子分开。间隔基可以是将该官能团与该合成子偶联并且不影响连接基形成反应的任何原子或原子基团。间隔基是官能团的一部分，并且成为在合成子之间的连接基的一部分。间隔基的例子是亚甲基-CH₂-。间隔基据说可以延长在合成子之间的连接基。例如，如果在亚胺连接基-CH＝N-中插入一个亚甲基间隔基，所得亚胺连接基可以是-CH₂CH＝N-。

在合成子之间的连接基还可以含有由除了该合成子的两个官能团以外的外部结构部分提供的一个或多个原子。外部结构部分可以是连接分子，它可以与一个合成子的官能团偶联，形成中间体，再与在另一个合成子上的官能团偶联，从而在合成子之间形成键，例如由一系列偶联合成子形成合成子的闭环。连接分子的实例是甲醛。例如，在两个合成子上的氨基可以在作为连接分子的甲醛的存在下进行曼尼希反应，从而形成连接基-NHCH₂NH-。

该大环模块组合物可以包括例如三至约二十四个偶联形成闭环的环状合成子；用于使该闭环偶联到在至少两个其它闭环上的互补官能团上的至少两个官能团；其中各个官能团和各个互补官能团包括官能团，后者含有选自C、H、N、O、Si、P、S、B、Al、卤素中的原子，和选自碱金属和碱土金属族中的金属。在一些实例中，大环模块可以包括通过该官能团偶联的至少两个闭环。在另一个实例中，大环模块包括通过该官能团偶联的至少三个闭环。

在另一个实例中，大环模块可以包括三个到约二十四个偶联形成确定孔隙的闭环的环状合成子；该闭环具有在第一构象中的第一孔隙尺寸(当第一组的取代基位于该孔隙时)和在第二构象中的第二孔隙尺寸(当第二组的取代基位于该孔隙时)；

其中每一组的各取代基包括含有选自C、H、N、O、Si、P、S、B、Al、卤素中的原子以及选自碱金属和碱土金属族的金属的官能团。

在另一个实例中，该大环模块包括(a)三个到约二十四个偶联形成确定孔隙的闭环的环状合成子；(b)在孔隙处偶联于闭环的并加以选择以运输所选择的物质通过该孔隙的至少一个官能团，其中至少一个官能团包括一种官能团，后者含有选自C、H、H、O、Si、P、S、B、Al、卤素中的原子和碱金属和碱土金属族中的金属；(c)需要输送通过孔隙的所选择物质。在一些实例中，所选择的物质是选自卵清蛋白，葡萄糖，肌酸酐，H₂PO₄ ^-，HPO₄ ^-2，HCO₃ ^-，尿素，Na⁺，Li⁺，和K⁺。

在一些实例中，大环模块组合物偶联于固体载体，后者选自王氏树脂(Wang resin)，水凝胶，矾土，金属，陶瓷，聚合物，硅胶，琼脂糖凝胶，交联葡聚糖凝胶，琼脂糖，无机固体，半导体和硅晶片。在其它实例中，在5-15mN/m下在朗缪尔单分子层表面膜秤上保持30分钟之后，大环模块组合物保持了膜面积的至少85％。在其它实例中，在5-15mN/m下在朗缪尔单分子层表面膜秤上保持30分钟之后，大环模块组合物保持了膜面积的至少95％。在另一个实例中，在5-15mN/m下在朗缪尔单分子层表面膜秤上保持30分钟之后，大环模块组合物保持了膜面积的至少98％。

在一些实例中，环状合成子各自独立地选自苯，环己二烯，环己烯，环己烷，环戊二烯，环戊烯，环戊烷，环庚烷，环庚烯，环庚二烯，环庚三烯，环辛烷，环辛烯，环辛二烯，环辛三烯，环辛四烯，萘，蒽，亚苯基，菲蒽，芘，苯并菲，菲，吡啶，嘧啶，哒嗪，联苯基，双吡啶基，十氢化萘，哌啶，吡咯烷，吗啉，哌嗪，吡唑烷，奎宁环，四氢吡喃，二噁烷，四氢噻吩，四氢呋喃，吡咯，三蝶烯，金刚烷，双环[2.2.1]庚烷，双环[2.2.1]庚烯，双环[2.2.2]辛烷，双环[2.2.2]辛烯，双环[3.3.0]辛烷，双环[3.3.0]辛烯，双环[3.3.1]壬烷，双环[3.3.1]壬烯，双环[ 3.2.2]壬烷，双环[3.2.2]壬烯，双环[4.2.2]癸烷，7-氮杂双环[2.2.1]庚烷，1，3-二氮杂双环[2.2.1]庚烷，和螺[4.4]壬烷。

在其它的实例中，各个偶合的环状合成子通过选自如下的连接基独立地偶联于两个相邻的合成子上：(a)缩合的连接基，和(b)选自下列这些中的连接基：-NRC(O)-，-OC(O)-，-O-，-S-S-，-S-，-NR-，-(CRR′)_p-，-CH₂NH-，-C(O)S-，-C(O)O-，-C≡C-，-C≡C-C≡C-，-CH(OH)-，-HC＝CH-，-NHC(O)NH-，-NHC(O)O-，-NHCH₂NH-，-NHCH₂CH(OH)CH₂NH-，-N＝CH(CH₂)pCH＝N-，-CH₂CH(OH)CH₂-，-N＝CH(CH₂)_hCH＝N-，其中h是1-4，-CH＝N-NH-，-OC(O)O-，-OP(O)(OH)O-，-CH(OH)CH₂NH-，-CH(OH)CH₂-，

-CH(OH)C(CH₃)₂C(O)O-，

其中G是卤素，

和

其中p是1-6，

其中R和R’各自独立地选自氢和烷基；其中该连接基独立地以两种可能的构型进行构型设计，这两种构型相对于它偶联在一起的合成子而言是正向和反向，如果两种构型是不同结构的话；其中Q是由该连接基所连接的合成子中的一个。

在其它的实例中，闭环组合物可以由以下结构式组成：

其中J是2-23；Q¹是独立选自下列各组中的合成子：(a)在1，2-苯基位置上偶联于连接基L上的苯基合成子，(b)在1，3-苯基位置上偶联于连接基L上的苯基合成子，(c)除苯基合成子以外的芳基合成子，(d)除了吡啶鎓合成子以外的杂芳基合成子，(e)饱和环烃合成子，(f)不饱和环烃合成子，(g)饱和双环烃合成子，和(h)不饱和双环烃合成子；(i)饱和多环烃合成子，和(j)不饱和多环烃合成子；其中不偶联于连接基L上的各Q¹的环位置被氢或含有选自C、H、N、O、Si、P、S、B、Al、卤素中的原子及碱金属和碱土金属族中的金属的官能团取代；Q²是独立地选自以下这些中的合成子：(a)除苯基合成子和在2，7-萘基位置上偶联于连接基L上的萘合成子以外的芳基合成子，(b)除在2，6-吡啶基位置上偶联于连接基L上的吡啶合成子以外的杂芳基合成子，(c)除在1，2-环己基位置上偶联于连接基L上的环己烷合成子以外的饱和环烃合成子，(d)除在2，5-吡咯位置上偶联于连接基L上的吡咯合成子以外的不饱和环烃合成子，(e)饱和双环烃合成子，(f)不饱和双环烃合成子，(g)饱和多环烃合成子，和(h)不饱和多环烃合成子；其中不偶联于L的Q²的环位置被氢或含有选自C、H、N、O、Si、P、S、B、Al、卤素中的原子及碱金属和碱土金属族中的金属的官能团取代；L是在合成子之间的连接基，各连接基选自(a)缩合的连接基，和(b)选自下列的连接基：-NRC(O)-，-OC(O)-，-O-，-S-S-，-S- ,-NR-，-(CRR′)_p-，-CH₂NH-，-C(O)S-，-C(O)O-，-C≡C-，-C≡C-C≡C-，-CH(OH)-，-HC＝CH-，-NHC(O)NH-，-NHC(O)O-，-NHCH₂NH-，-NHCH₂CH(OH)CH₂NH-，-N＝CH(CH₂)_pCH＝N-，-CH₂CH(OH)CH₂-，-N＝CH(CH₂)_hCH＝N-，其中h是1-4，-CH＝N-NH-，-OC(O)O-，-OP(O)(OH)O-，-CH(OH)CH₂NH-，-CH(OH)CH₂-，-CH(OH)C(CH₃)₂C(O)O-，

其中G是卤素

和

其中p是1-6；其中R和R’各自独立地选自氢和烷基；其中该连接基L独立地以两种可能的构型，相对于它偶联在一起的合成子而言是正反向，如果两种构型是不同的结构的话，进行构型设计；其中y是1或2，和Q^y各自独立地是被该连接基连接的Q¹或Q²合成子中的一个。

在一些实例中，该官能团各自独立地选自氢，活化酸，-OH，-C(O)OH，-C(O)H，-C(O)OCH₃，-C(O)Cl，-NRR，-NRRR⁺，-MgX，-Li，-OLi，-OK，-ONa，-SH，-C(O)(CH₂)₂C(O)OCH₃，-NH-烷基-C(O)CH₂CH(NH₂)CO₂-烷基，-CH＝CH₂，-CH＝CHR，-CH＝CR₂，4-乙烯基芳基，-C(O)CH＝CH₂，-NHC(O)CH＝CH₂，-C(O)CH＝CH(C₆H₅)，

-OH，-OC(O)(CH₂)₂C(O)OCH₃，-OC(O)CH＝CH₂， 和 -P(O)(OH)(OX)，-P(＝O)(O^-)O(CH₂)_sNR₃ ⁺；

其中R各自独立地选自氢和1-6C烷基；X是选自Cl、Br和I；r是1-50；和s是1-4。

在另一个实例中，闭环组合物包括以下结构式：

其中：J是2-23；Q¹是各自独立地选自以下这些中的合成子：(a)在1，2-苯基位置上偶联于连接基L上的苯基合成子，(b)在1，3-苯基位置上偶联于连接基L上的苯基合成子，和(c)在1，2-环己基位置上偶联于连接基L上的环己烷合成子；其中不偶联于连接基L上的各Q¹的环位置被氢或含有选自C、H、N、O、Si、P、S、B、Al、卤素中的原子及碱金属和碱土金属族中的金属的官能团取代； Q²是在1，2-环己基位置上偶联于连接基L上的环己烷合成子；其中不偶联于L上的Q²的环位置被含有选自C、H、N、O、Si、P、S、B、Al、卤素中的原子和碱金属和碱土金属族中的金属的官能团取代；L是在合成子之间的连接基，各连接基选自(a)缩合的连接基，和(b)选自下列的连接基：-NRC(O)-，-OC(O)-，-O-，-S-S-，-S-，-NR-，-(CRR′)_p-，-CH₂NH-，-C(O)S-，-C(O)O-，-C≡C-，-C≡C-C≡C-，-CH(OH)-，-HC＝CH-，-NHC(O)NH-，-NHC(O)O-，-NHCH₂NH-，-NHCH₂CH(OH)CH₂NH-，-N＝CH(CH₂)_pCH＝N-，-CH₂CH(OH)CH₂-，-N＝CH(CH₂)_hCH＝N-，其中h是1-4，-CH＝N-NH-，-OC(O)O-，-OP(O)(OH)O-，-CH(OH)CH₂NH-，-CH(OH)CH₂-，-CH(OH)C(CH₃)₂C(O)O-，

其中G是卤素，

和

其中p是1-6；其中R和R’各自独立地选自氢和烷基；其中该连接基L独立地以两种可能的构型进行构型设计，这两种构型相对于它偶联在一起的合成子而言是正反向，如果两种构型是不同的结构的话；其中y是1或2，和Q^y各自独立地是被该连接基连接的Q¹或Q²合成子中的一个。

在一些情况下，该官能团各自独立地选自氢，活化酸，-OH，-C(O)OH，-C(O)H，-C(O)OCH₃，-C(O)C1，-NRR，-NRRR⁺，-MgX，-Li，-OLi，-OK，-ONa，-SH，-C(O)(CH₂)₂C(O)OCH₃，-NH-烷基-C(O)CH₂CH(NH₂)CO₂-烷基，-CH＝CH₂，-CH＝CHR，-CH＝CR₂，4-乙烯基芳基，-C(O)CH＝CH₂，-NHC(O)CH＝CH₂，-C(O)CH＝CH(C₆H₅)，

-OH，-OC(O)(CH₂)₂C(O)OCH₃，-OC(O)CH＝CH₂， 和 -P(O)(OH)(OX)，-P(＝O)(O^-)O(CH₂)sNR₃ ⁺；

其中R各自独立地选自氢和1-6C烷基；X是选自Cl，Br，和I；r是1-50；和s是1-4。

在另一个实施方案中是下列通式的闭环组合物：

其中：J是2-23；Q¹是独立选自下列这些中的合成子：(a)在1，1-苯基位置上偶联于连接基L上的苯基合成子，(b)除苯基合成子以外的芳基合成子，(c)杂芳基合成子，(d)饱和环烃合成子，(e)不饱和环烃合成子，(f)饱和双环烃合成子，(g)不饱和双环烃合成子，和(h)饱和多环烃合成子，和(i)不饱和多环烃合成子；其中至少一个Q¹是在1，4-苯基位置偶联于连接基L上的苯基合成子，和其中不偶联于连接基L上的各Q¹的环位置被含有选自^C、H、N、O、Si、P、S、B、Al、卤素中的原子及碱金属和碱土金属族中的金属的官能团取代；Q²是独立选自下列这些中的合成子：(a)除了苯基合成子和在2，7-萘基位置偶联于连接基L上的萘合成子以外的芳基合成子，(b)杂芳基合成子，(c)除了在1，2-环己基位置偶联于连接基L上的环己烷合成子以外的饱和环烃合成子，(d)不饱和环烃合成子，(e)饱和双环烃合成子，(f)不饱和双环烃合成子，(g)饱和多环烃合成子，和(h)不饱和多环烃合成子；其中不偶联于L的Q²的环位置被氢或含有选自C、H、N、O、Si、P、S、B、Al、卤素中的原子及碱金属和碱土金属族中的金属的官能团取代；L是在合成子之间的连接基，各连接基选自(a)缩合的连接基，和(b)选自下列的连接基：-NRC(O)-，-OC(O)-，-O-，-S-S-，-S-，-NR-，-(CRR′)_p-，-CH₂NH-，-C(O)S-，-C(O)O-，-C≡C-，-C≡C-C≡C-，-CH(OH)-，-HC＝CH-，-NHC(O)NH-，-NHC(O)O-，-NHCH₂NH-，-NHCH₂CH(OH)CH₂NH-，-N＝CH(CH₂)_pCH＝N-，-CH₂CH(OH)CH₂-，-N＝CH(CH₂)_hCH＝N-，其中h是1-4，-CH＝N-NH-，-OC(O)O-，-OP(O)(OH)O-，-CH(OH)CH₂NH-，-CH(OH)CH₂-，-CH(OH)C(CH₃)₂C(O)O-，

其中G是卤素，

和

其中p是1-6；其中R和R’各自独立地选自氢和烷基；其中该连接基L独立地以两种可能的构型进行构型设计，这两种构型相对于它偶联在一起的合成子而言是正反向，如果两种构型是不同的结构的话；其中y是1或2，和Q^y各自独立地是被该连接基连接的Q¹或Q²合成子中的一个。

在其它的实施方案中是下列通式的闭环组合物：

其中：Q是

J是1-22，和n是1-24；X和Rⁿ各自独立地选自官能团，该官能团含有选自C、H、N、O、Si、P、S、B、Al、卤素中的原子和碱金属和碱土金属族中的金属；Z各自独立地是氢或亲油基团；L是在合成子之间的连接基，该连接基各自独立地选自：(a)缩合的连接基，和(b)选自下列这些中的连接基：-N＝CR-，-NRC(O)-，-OC(O)-，-O-，-S-S-，-S-，-NR-，-(CRR′)_p-o，-CH₂NH-，-C(O)S-，-C(O)O-，-C≡C-，-C≡C-C≡C-，-CH(OH)-，-HC＝CH-，-NHC(O)NH-，-NHC(O)O-，-NHCH₂NH-，-NHCH₂CH(OH)CH₂NH-，-N＝CHCH₂CH＝N-，-N＝CH(CH₂)_hCH＝N-，其中h是1-4，-CH＝N-NH-，-OC(O)O-，-P(O)(OH)₂O-，-CH(OH)CH₂NH-，-CH(OH)CH₂-，-CH(OH)C(CH₃)₂C(O)O-，

和

其中p是1-6；其中R和R’各自独立地选自氢和烷基；其中连接基L各自独立地以两种可能的构型进行构型设计，这两种构型相对于它偶联在一起的合成子而言是正反向，如果两种构型是不同的结构的话。

在一个实施方案中，X和Rⁿ各自独立地选自氢，活化酸，-OH，-C(O)OH，-C(O)H，-C(O)OCH₃，-C(O)Cl，-NRR，-NRRR⁺，-MgX，-Li，-OLi，-OK，-ONa，-SH，-C(O)(CH₂)₂C(O)OCH₃，-NH-烷基-C(O)CH₂CH(NH₂)CO₂-烷基，-CH＝CH₂，-CH＝CHR，-CH＝CR₂，4-乙烯基芳基，-C(O)CH＝CH₂，-NHC(O)CH＝CH₂，-C(O)CH＝CH(C₆H₅)，

-OH，-OC(O)(CH₂)₂C(O)OCH₃，-OC(O)CH＝CH₂，

和

-P(O)(OH)(OX)，-P(＝O)(O^-)O(CH₂)sNR₃ ⁺；

其中R各自独立地选自氢和1-6C烷基；X是选自Cl、Br和I；r是1-50；和s是1-4。

在另一个实施方案中是下列通式的闭环组合物：

其中：Q是

J是1-22，和n是1-48；X和Rⁿ各自独立地选自官能团，该官能团含有选自C、H、N、O、Si、P、S、B、Al、卤素中的原子，和碱金属和碱土金属族中的金属；Z各自独立地是氢或亲油基团；L是在合成子之间的连接基，该连接基各自独立地选自：(a)缩合的连接基，和(b)选自下列这些中的连接基：-NRC(O)-，-OC(O)-，-O-，-S-S-，-S-，-NR-，-(CRR′)_p-，-CH₂NH-，-C(O)S-，-C(O)O-，-C≡C-，-C≡C-C≡C-，-CH(OH)-，-HC＝CH-，-NHC(O)NH-，-NHC(O)O-，-NHCH₂NH-，-NHCH₂CH(OH)CH₂NH-，-N＝CH(CH₂)_pCH＝N-，-CH₂CH(OH)CH₂-，-N＝CH(CH₂)_hCH＝N-，其中h是1-4，-CH＝N-NH-，-OC(O)O-，-OP(O)(OH)O-，-CH(OH)CH₂NH-，-CH(OH)CH₂-，-CH(OH)C(CH₃)₂C(O)O-，

其中G是卤素，

和

其中p是1-6；其中R和R’各自独立地选自氢和烷基；其中连接基L各自独立地以两种可能的构型进行构型设计，这两种构型相对于它偶联在-起的合成子而言是正反向，如果两种构型是不同的结构的话。

在另一个实施方案中，X和Rⁿ各自独立地选自氢，活化酸，-OH，-C(O)OH，-C(O)H，-C(O)OCH₃，-C(O)Cl，-NRR，-NRRR⁺，-MgX，-Li，-OLi，-OK，-ONa，-SH，-C(O)(CH₂)₂C(O)OCH₃，-NH-烷基-C(O)CH₂CH(NH₂)CO₂-烷基，-CH＝CH₂，-CH＝CHR，-CH＝CR₂，4-乙烯基芳基，-C(O)CH＝CH₂，-NHC(O)CH＝CH₂，-C(O)CH＝CH(C₆H₅)，

-OH，-OC(O)(CH₂)₂C(O)OCH₃-OC(OC)CH=CH₂，

和

-P(O)(OH)(OX)，-P(＝O)(O^-)O(CH₂)_sNR₃ ⁺；

其中R各自独立地选自氢和1-6C烷基；X是选自Cl、Br和I；r是1-50；和s是1-4。

在另一个实施方案中，闭环组合物可具有下列通式：

Q是

J是1-11，和n是1-12；X和Rⁿ各自独立地选自氢，活化酸，-OH，-C(O)OH，-C(O)H，-C(O)OCH₃，-C(O)Cl，-NRR，-NRRR⁺，-MgX，-Li，-OLi，-OK，-ONa，-SH，-C(O)(CH₂)₂C(O)OCH₃，-NH-烷基-C(O)CH₂CH(NH₂)CO₂-烷基，-CH＝CH₂，-CH＝CHR，-CH＝CR₂，4-乙烯基芳基，-C(O)CH＝CH₂，-NHC(O)CH＝CH₂，-C(O)CH＝CH(C₆H₅)，

-OH，-OC(O)(CH₂)₂C(O)OCH₃，-OC(O)CH＝CH₂，

和

-P(O)(OH)(OX)，-P(＝O)(O^-)O(CH₂)sNR₃ ⁺；

其中R各自独立地选自氢和1-6C烷基；X是选自Cl，Br，和I；r是1-50；和s是1-4；Z各自独立地是氢或亲油基团；L是在合成子之间的连接基，各连接基独立地选自(a)缩合的连接基，和(b)选自下列的连接基：-NRC(O)-，-OC(O)-，-O-，-S-S-，-S-，-NR-，-(CRR′)_p-，-CH₂NH-，-C(O)S-，-C(O)O-，-C≡C-，-C≡C-C≡C-，-CH(OH)-，-HC＝CH-，-NHC(O)NH-，-NHC(O)O-，-NHCH₂NH-，-NHCH₂CH(OH)CH₂NH-，-N＝CH(CH₂)_pCH＝N-，-CH₂CH(OH)CH₂-，-N＝CH(CH₂)_hCH＝N-，其中h是1-4，-CH＝N-NH-，-OC(O)O-，-OP(O)(OH)O-，-CH(OH)CH₂NH-，-CH(OH)CH₂-，

-CH(OH)C(CHX)₂C(O)O-，

其中G是卤素，

和

其中p是1-6；其中R和R’各自独立地选自氢和烷基；其中连接基L各自独立地以两种可能的构型，相对于它偶联在一起的合成子而言是正反向，如果两种构型是不同的结构的话，进行构型设计。

在另一个实施方案中，闭环组合物可具有下列通式：

其中

Q是

J是1-11，和n是1-12；X和Rⁿ各自独立地选自氢，活化酸，-OH，-C(O)OH，-C(O)H，-C(O)OCH₃，-C(O)Cl，-NRR，-NRRR⁺，-MgX，-Li，-OLi，-OK，-ONa，-SH，-C(O)(CH₂)₂C(O)OCH₃，-NH-烷基-C(O)CH₂CH(NH₂)CO₂-烷基，-CH＝CH₂，-CH＝CHR，-CH＝CR₂，4-乙烯基芳基，-C(O)CH＝CH₂，-NHC(O)CH＝CH₂，-C(O)CH＝CH(C₆H₅)，

-OH，-OC(O)(CH₂)₂C(O)OCH₃，-OC(O)CH＝CH₂，

和

-P(O)(OH)(OX)，-P(＝O)(O^-)O(CH₂)sNR₃ ⁺；

其中R各自独立地选自氢和1-6C烷基；X是选自Cl，Br，和I；r是1-50；和s是1-4；Z各自独立地是氢或亲油基团；  L是在合成子之间的连接基，各连接基独立地选自(a)缩合的连接基，和(b)选自下列的连接基：-NRC(O)-，-OC(O)-，-O-，-S-S-，-S-，-NR-，-(CRR′)p-，-CH₂NH-，-C(O)S-，-C(O)O-，-C≡C-，-C≡C-C≡C-，-CH(OH)-，-HC＝CH-，-NHC(O)NH-，-NHC(O)O-，-NHCH₂NH-，-NHCH₂CH(OH)CH₂NH-，-N＝CH(CH₂)pCH＝N-，-CH₂CH(OH)CH₂-，-N＝CH(CH₂)_hCH＝N-，其中h是1-4，-CH＝N-NH-，-OC(O)O-，-OP(O)(OH)O-，-CH(OH)CH₂NH-，-CH(OH)CH₂-，

-CH(OH)C(CH₃)₂C(O)O-，

其中G是卤素，

和

其中p是1-6；其中R和R’各自独立地选自氢和烷基；其中连接基L各自独立地以两种可能的构型进行构型设计，这两种构型相对于它偶联在一起的合成子而言是正反向，如果两种构型是不同的结构的话。

在另一个实施方案中，闭环组合物可具有下列通式：

其中：

Q是

J是1-11，和n是1-12；X是-NX¹-或-CX²X³，其中X¹选自氨基酸残基，-CH₂C(O)CH₂CH(NH₂)CO₂-烷基，和-C(O)CH＝CH₂；X²和X³各自独立地选自H，-OH，-NH₂，-SH，-(CH₂)tOH，-(CH₂)tNH₂和-(CH₂)tSH，其中t是1-4，以及X²和X³不都是氢；Rⁿ各自独立地选自氢，活化酸，-OH，-C(O)OH，-C(O)H，-C(O)OCH₃，-C(O)Cl，-NRR，-NRRR⁺，-MgX，-Li，-OLi，-OK，-ONa，-SH，-C(O)(CH₂)₂C(O)OCH₃，-NH-烷基-C(O)CH₂CH(NH₂)CO₂-烷基，-CH＝CH₂，-CH＝CHR，-CH＝CR₂，4-乙烯基芳基，-C(O)CH＝CH₂，-NHC(O)CH＝CH₂，-C(O))CH＝CH(C₆H₅)，

-OH，-OC(O)(CH₂)₂C(O)OCH₃，-OC(O)CH＝CH₂，

和

-P(O)(OH)(OX)，-P(＝O)(O^-)O(CH₂)sNR₃ ⁺；

其中R各自独立地选自氢和1-6C烷基；X是选自Cl、Br和I；1-50；和s是1-4；Z各自独立地是氢或亲油基团；L是在合成子之间的连接基，各连接基独立地选自(a)缩合的连接基，和(b)选自下列的连接基：-NRC(O)-，-OC(O)-，-O-，-S-S-，-S-，-NR-，-(CRR′)_p-，-CH₂NH-，-C(O)S-，-C(O)O-，-C≡C-，-C≡C-C≡C-，-CH(OH)-，-HC＝CH-，-NHC(O)NH-，-NHC(O)O-，-NHCH₂NH-，-NHCH₂CH(OH)CH₂NH-，-N＝CH(CH₂)_PCH＝N-，-CH₂CH(OH)CH₂-，-N＝CH(CH₂)_hCH＝N-，其中h是1-4，-CH＝N-NH-，-OC(O)O-，-OP(O)(OH)O-，-CH(OH)CH₂NH-，-CH(OH)CH₂-，

-CH(OH)C(CH₃)₂C(O)O-，

其中G是卤素，和

其中p是1-6；其中R和R’各自独立地选自氢和烷基；其中连接基L各自独立地以两种可能的构型进行构型设计，这两种构型相对于它偶联在一起的合成子而言是正反向，如果两种构型是不同的结构的话。

在另一个实施方案中，闭环结构可具有下列通式：

其中Q是 J是1-11，和n是1-12；X和Rⁿ各自独立地选自氢，活化酸，-OH，-C(O)OH，-C(O)H，-C(O)OCH₃，-C(O)Cl，-NRR，-NRRR⁺，-MgX，-Li，-OLi，-OK，-ONa，-SH，-C(O)(CH₂)₂C(O)OCH₃，-NH-烷基-C(O)CH₂CH(NH₂)CO₂-烷基，-CH＝CH₂，-CH＝CHR，-CH＝CR₂，4-乙烯基芳基，-C(O)CH＝CH₂，-NHC(O)CH＝CH₂，-C(O)CH＝CH(C₆H₅)，-OH，-OC(O)(CH₂)₂C(O)OCH₃，-OC(O)CH＝CH₂，

和

-P(O)(OH)(OX)，-P(＝O)(O^-)O(CH₂)sNR₃ ⁺；

其中R各自独立地选自氢和1-6C烷基；X是选自Cl，Br和I；r是1-50；和s是1-4；Z和Y各自独立地是氢或亲油基团；L是在合成子之间的连接基，各连接基独立地选自(a)缩合的连接基，和(b)选自下列的连接基：-NRC(O)-，-OC(O)-，-O-，-S-S-，-S-，-NR-，-(CRR′)p-，-CH₂NH-，-C(O)S-，-C(O)O-，-C≡C-，-C≡C-C≡C-，-CH(OH)-，-HC＝CH-，-NHC(O)NH-，-NHC(O)O-，-NHCH₂NH-，-NHCH₂CH(OH)CH₂NH-，-N＝CH(CH₂)pCH＝N-，-CH₂CH(OH)CH₂-，-N＝CH(CH₂)_hCH＝N-，其中h是1-4，-CH＝N-NH-，-OC(O)O-，-OP(O)(OH)O-，-CH(OH)CH₂NH-，-CH(OH)CH₂-，

-CH(OH)C(CH₃)₂C(O)O-，

其中G是卤素，

和

其中p是1-6；其中R和R’各自独立地选自氢和烷基；其中连接基L各自独立地以两种可能的构型进行构型设计，这两种构型相对于它偶联在一起的合成子而言是正反向，如果两种构型是不同的结构的话。

在另一个实施方案中，闭环结构可具有下列通式：

其中

Q是

J是1-11，和n是1-12；X和Rⁿ各自独立地选自氢，活化酸，-OH，-C(O)OH，-C(O)H，-C(O)OCH₃，-C(O)Cl，-NRR，-NRRR⁺，-MgX，-Li，-OLi，-OK，-ONa，-SH，-C(O)(CH₂)₂C(O)OCH₃，-NH-烷基-C(O)CH₂CH(NH₂)CO₂-烷基，-CH＝CH₂，-CH＝CHR，-CH＝CR₂，4-乙烯基芳基，-C(O)CH＝CH₂，-NHC(O)CH＝CH₂，-C(O)CH＝CH(C₆H₅)，

-OH，-OC(O)(CH₂)₂C(O)OCH₃，-OC(O)CH＝CH₂，

和 -P(O)(OH)(OX)，-P(＝O)(O^-)O(CH₂)sNR₃ ⁺；

其中R各自独立地选自氢和1-6C烷基；X是选自Cl，Br，和I；r是1-50；和s是1-4；Z和Y各自独立地是氢或亲油基团；L是在合成子之间的连接基，各连接基独立地选自(a)缩合的连接基，和(b)选自下列的连接基：-NRC(O)-，-OC(O)-，-O-，-S-S-，-S-，-NR-，-(CRR′)_p-，-CH₂NH-，-C(O)S-，-C(O)O-，-C≡C-，-C≡C-C≡C-，-CH(OH)-，-HC＝CH-，-NHC(O)NH-，-NHC(O)O-，-NHCH₂NH-，-NHCH₂CH(OH)CH₂NH-，-N＝CH(CH₂)_pCH＝N-，-CH₂CH(OH)CH₂-，-N＝CH(CH₂)_hCH＝N-，其中h是1-4，-CH＝N-NH-，-OC(O)O-，-OP(O)(OH)O-，-CH(OH)CH₂NH-，-CH(OH)CH₂-，

-CH(OH)C(CH₃)₂C(O)O-，

其中G是卤素，

其中p是1-6；其中R和R’各自独立地选自氢和烷基；其中连接基L各自独立地以两种可能的构型进行构型设计，这两种构型相对于它偶联在一起的合成子而言是正反向，如果两种构型是不同的结构的话。

在一个变型中，大环模块可以是下列通式的闭环组合物：

其中：闭环包括总共3-24个合成子Q；J是2-23；Q¹是各自独立选自下列这些中的合成子：(a)芳基合成子，(b)杂芳基合成子，(c)饱和环烃合成子，(d)不饱和环烃合成子，(e)饱和双环烃合成子，(f)不饱和双环烃合成子，(g)饱和多环烃合成子，和(h)不饱和多环烃合成子；其中不偶联于连接基L上的各Q¹的环位置被氢或含有选自C、H、N、O、Si、P、S、B、Al、卤素中的原子及碱金属和碱土金属族中的金属的官能团取代；Q²是独立选自下列这些中的合成子：(a)芳基合成子，(b)杂芳基合成子，(c)饱和环烃合成子，(d)不饱和环烃合成子，(e)饱和双环烃合成子，(f)不饱和双环烃合成子，(g)饱和多环烃合成子，和(h)不饱和多环烃合成子；其中不偶联于连接基L的Q²的环位置被氢或含有选自C、H、N、O、Si、P、S、B、Al、卤素中的原子以及碱金属和碱土金属族中的金属的官能团取代；L是在合成子之间的连接基，各连接基独立地选自合成子-合成子，-NRC(O)-，-OC(O)-，-O-，-S-S-，-S-，-NR-，-(CRR′)_p-，-CH₂NH-，-C(O)S-，-C(O)O-，-C≡-C-，-C≡C-C≡C-，-CH(OH)-，-HC＝CH-，-NHC(O)NH-，-NHC(O)O-，-NHCH₂NH-，-NHCH₂CH(OH)CH₂NH-，-N＝CH(CH₂)_pCH＝N-，-CH₂CH(OH)CH₂-，-N＝CH(CH₂)_hCH＝N-，其中h是1-4，-CH＝N-NH-，-OC(O)O-，-OP(O)(OH)O-，-CH(OH)CH₂NH-，-CH(OH)CH₂-，-CH(OH)C(CH₃)₂C(O)O-，

其中G是卤素，

和

其中p是1-6，其中R和R’各自独立地选自氢和烷基；其中连接基L各自独立地根据Q¹和Q²合成子来进行构型设计，各L具有相对于它所偶联在一起的合成子的两种可能构型的任何一种，即相对于它所偶联的紧密相邻的合成子而言的连接基的正向和反向构型，例如Q¹ _a-NHC(O)-Q¹ _b和Q¹ _a-C(O)NH-Q¹ _b，如果该两种构型是在异构上不同的结构的话。当独立选择时，合成子Q¹可以是如上所述的任何环状合成子，使得J个合成子Q¹可以任意顺序在该闭环中定位，例如，环己基--1，2-苯基--哌啶基--1，2-苯基--1，2-苯基--环己基等等，和J个连接基L也可以在该闭环内独立选择和构型设计。用该通式表示和包含的大环模块包括所涉及的合成子的所有立体异构体，使得合成子的各闭环组合物包括了各种各样的大环模块的立体异构体。

制备大环模块组合物的方法可以包括例如：(a)提供多个第一环状合成子；(b)让多个第二环状合成子与第一环状合成子接触；(c)分离该大环模块组合物。在一些实施方案中，该方法可以进一步包括让连接剂分子与(a)或(b)中的混合物接触。

制备组合物的另一种方法，该组合物用于输送所选择的物质通过该组合物，该方法包括：选择第一环状合成子，其中第一环状合成子被至少一个官能团取代，该官能团包括含有选自C、H、N、O、Si、P、S、B、Al、卤素中的元素和碱金属和碱土金属族中的金属的官能团；选择两个到约二十三个附加环状合成子；将第一环状合成子和附加环状合成子引入到大环模块组合物中，该组合物包括：三个到约二十四个经过偶联形成确定孔隙的闭环的环状合成子；其中第一环状合成子的至少一个官能团位于大环模块组合物的孔隙处并加以选择来输送所选择的物质通过孔隙。

制造大环模块组合物的另一种方法包括：(a)提供多个第一环状合成子；(b)让多个第二环状合成子与第一环状合成子接触；(C)让多个第一环状合成子与(b)的混合物接触。

制造大环模块组合物的另一种方法包括：(a)提供多个第一环状合成子；(b)让多个第二环状合成子与第一环状合成子接触；(C)让多个第三环状合成子与(b)的混合物接触。

在一些实施方案中，该方法可以进一步包括将环状合成子或偶联的合成子担载在固相上。

制造大环模块组合物的另一种方法包括：(a)让多个环状合成子与金属配合物模板接触；(b)分离该大环模块组合物。

大环模块可以包括用于将该大环模块偶联于固体表面、基材或载体的官能团。可以用于与基材或表面偶联的大环模块的官能团的例子包括胺，羧酸，羧酸酯，二苯甲酮和其它光活化交联剂，醇，二醇，乙烯基，苯乙烯基，烯烃苯乙烯基，环氧化物，硫醇，卤化镁或格利雅试剂，丙烯酸酯，丙烯酰胺，二烯烃，醛，和它们的混合物。这些官能团可以偶联于大环模块的闭环，并且可以任选通过间隔基来连接。固体表面的例子包括金属表面，陶瓷表面，聚合物表面，半导体表面，硅晶片表面，矾土表面等等。可以用来与基材或表面偶联的大环模块的官能团的实例进一步包括在表5和6的左侧栏内描述的那些。引发模块与基材偶联的方法包括化学法，热法，光化学法，电化学法和辐照法。

间隔基的实例包括聚氧化乙烯，聚氧化丙烯，多糖，聚赖氨酸，多肽，聚(氨基酸)，聚乙烯吡咯烷酮，聚酯，聚氯乙烯，聚偏二氟乙烯，聚乙烯基醇，聚氨酯，聚酰胺，聚酰亚胺，聚砜，聚醚砜，聚磺酰胺和聚亚砜。

大环模块孔隙

各大环模块可以在其结构中包括孔隙。孔隙的大小可以决定能通过该大环模块的分子或其它物质的尺寸。大环模块内的孔隙的尺寸可以取决于用于制备大环模块的合成子的结构，在合成子之间的连接基，模块中合成子的数目，用于制备大环模块的任何连接分子的结构，以及不论是在大环模块的制备中固有的还是在后面步骤或改性中增加的大环模块的其它结构特征。大环模块的立体异构还可以通过改变用于制备大环模块闭环的各合成子的立体异构体来调节大环模块孔隙的尺寸。

大环模块内的孔的尺寸可以通过改变用于形成大环模块的合成子的组合，或通过改变闭环中的合成子的数目来改变。孔的尺寸还可以通过合成子或连接基上的取代基来改变。因此可以使孔足够大或足够小，以便获得通过该孔输送物质的效果。可以通过大环模块的孔输送的物质包括原子，分子，生物分子，离子，带电粒子和光子。

物质的大小不是它是否能通过大环模块的孔的唯一决定因素。位于大环模块的孔结构内或附近的基团或结构部分可以通过各种机理调节或影响物质通过孔隙的输送。例如，物质通过孔隙的输送可以受到与该物质相互作用的大环模块的基团的影响，受离子或其它相互作用比如螯合基团的作用影响，或受络合这些物质的作用的影响。例如，带电荷的基团比如羧酸根阴离子或铵基团可以偶联带反电荷的物质并影响它的输送。大环模块中合成子的取代基可以影响物质在大环模块孔隙中的通过。使大环模块孔的亲水性或亲油性增强或降低的原子基团可以影响物质通过孔隙的输送。原子或原子基团可以位于孔隙内部或附近，从而在空间上减慢或堵塞物质在孔隙中通过。例如，羟基或烷氧基可以与环状合成子偶联和定位于大环模块结构的孔隙内，或者可以与合成子之间的连接基偶联并定位于孔隙中。各种各样的官能团可以用来在空间上减慢或阻断物质通过孔隙，包括含有选自C、H、N、O、Si、P、S、B、Al、卤素以及碱金属和碱土金属族的金属中的原子的官能团。阻断和减慢物质通过孔隙可以包括通过空间阻挡来减小孔隙的尺寸，以及通过形成非线性的孔通路和提供官能团和所要减慢输送的物质之间的相互作用来减慢物质的通过。用于确定孔隙及其内部结构的大环模块的部分的立体化学结构也影响输送。影响物质通过大环模块孔隙输送的任何基团或结构部分可以作为用于制备大环模块的合成子的一部分引入，或可以通过各种方式后来添加。例如，S7-1可以与ClC(O)(CH₂)₂C(O)OCH₂CH₃反应，从而将苯酚基团转化为琥珀酰酯基。此外，部分柔性的大环模块的合成子和连接基的分子动态运动可以影响物质通过模块孔隙的输送。输送特性不能仅仅用大环模块本身的结构来描述，因为所要通过孔隙输送的物质的压力影响了大环模块的柔性、构象和动态运动。通常，溶剂也可以影响溶质通过孔隙输送。

大环模块与大环模块的系列可以用于尺寸排阻分离，离子分离，气体分离，对映异构体分离，小分子分离，水净化，细菌、真菌或病毒的过滤，污水处理和毒素去除，此外还有其它用途。

下列实施例进一步描述和说明在本发明范围内的变化。在本说明书中所述的所有例子(包括上面的叙述和下面的实施例在内)仅仅为了举例说明的目的给出，不被认为是对本发明的限制。虽然已经描述了本发明的示例性变化，但本领域的那些技术人员会认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下可以对它们进行改造或调整，因此，本发明意图涵盖落入到如在所附权利要求书阐述的本发明真正范围内的所有这些变化、调整和等效排列。

这里参考的全部文件(包括申请专利，专利文献，出版物，作品，书和专著在内)在本文中具体全面地引入供参考。

实施例

试剂从Aldrich Chemical Company和VWR Scientific Products获得。反应是在氮或氩气氛下进行，除非另作说明。水溶液的溶剂萃取物用无水硫酸钠干燥。溶液是使用旋转蒸发仪在减压下浓缩。

实施例1

硅基片用(3-氨基丙基)三乙氧基甲硅烷(APTES)的衍生化

SiO₂基片首先在Piranha溶液(3∶1比率的H₂SO₄∶30％H₂O₂)中超声波处理15分钟。接着在Milli-Q水(＞18MΩ-cm)中进行15分钟的超声波处理。该衍生化步骤是在手套袋中在N₂气氛中进行。0.05mL APTES和0.05mL吡啶被添加到9mL的甲苯中。在混合之后，立即将新清洗的SiO₂基片浸入APTES溶液中10分钟。基片用大量的甲苯洗涤和然后用N₂干燥。沉积的APTES膜显示了0.8-1.3nm的厚度值。

实施例2

将两亲性模块六聚物1以大约1mg/ml的浓度溶于HPLC-级氯仿中。该氯仿溶液施加于在L-B贮槽(KSV，Helsinki)中的水(Millipore Milli-Q)表面上。让氯仿蒸发，让两亲性模块留在水的表面上，其中它们的亲水基浸入水中和它们的亲油基在空中。控制体系的温度(大约±0.2℃)。L-B贮槽的阻隔片慢慢地压缩(1-10mm/min)。在膜压缩过程中使用Wilhelmy程序监测表面压力。等温线的形状证实该模块在水的表面上形成朗缪尔膜。

实施例3

用DEM的六聚物1dh(朗缪尔-布罗杰特(Langmuir-Blodgett)沉积)

这一制备的历程在图1中说明。25μl的1mg/ml浓度的六聚物1dh在氯仿中的溶液被铺展在水亚相中(pH 8.8，T＝22℃)的2mg/ml丙二酰胺酸二乙基酯(DEM)上。在等待19分钟让铺展溶剂蒸发之后，该单层被压缩和保持在5mN/m下。该亚相然后被加热到40℃和保持大约60分钟。在亚相的表面上形成硬化的固体纳米膜，它在布儒斯特角显微镜图像中表现为均匀的和均质的。当接触到探头时，该膜产生裂纹，正如对于直接在亚相表面上的膜所获得的布儒斯特角显微镜图像所显示，在图6A中作图解说明。这表明纳米膜是高度交联的。刚性纳米膜不能进行质谱分析，因为固体纳米膜堵塞了仪器的输入端。

如上所制备的另一个单层通过朗缪尔-布罗杰特沉积法被转移到Si片(通过用Piranha溶液，3∶1比率的H₂SO₄/30％H₂O₂，处理10分钟变成亲水性)上。基片以0.3mm/min的速度通过空气-水界面。图像椭圆光度法，如在图6B中所说明，揭示了在硅基片上具有大约35埃高度的膜的碎裂固体岛，它包括纳米膜和基片的APTES涂层。

固体纳米膜的等压蠕变在图7中说明。具有以凝聚状态在表面上取向的各个分子的、但在分子之间没有偶联的朗缪尔膜将在压缩力释放时铺展或减压。通过对比，已偶联的模块的固体纳米膜随着时间推移保持它的形状和膜强度，甚至在溶剂存在下也是如此，如图7中所示。上线显示了在DEM交联剂存在下制备的纳米膜的等压蠕变，下线显示了在没有交联剂的情况下所制备的纳米膜的等压蠕变。

实施例4

用DEM的六聚物1dh(朗缪尔-布罗杰特(Langmuir-Blodgett)沉积)

模块互连的存在可通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)检测。实施例3的纳米膜的FTIR光谱在图8中说明。在图8A中说明了纳米膜和六聚物1dh的FTIR光谱。在图8B中说明了在24小时之后DEM的和在亚相中DEM的FTIR光谱。在FTIR中的变化显示在六聚物1dh和DEM之间有偶联。

实施例5

用DEM的六聚物1dh(朗缪尔-谢弗(Langmuir-Schaefer)沉积)

25μl的六聚物1dh在氯仿中的1mg/ml溶液被铺展在2mg/ml丙二酰胺酸二乙基酯亚相(pH＝8.8，T＝22℃)上在等待15分钟让铺展溶剂蒸发之后，该单层被压缩和保持在5mN/m下。单层通过朗缪尔-谢弗沉积法被转移到Si片(通过用piranha溶液处理10分钟变成亲水性)上。图像椭圆光度法揭示了在硅基片上具有大约21埃高度的完整膜，如在图9中所说明，其中示出了纳米膜的单个裂纹。

实施例6

与十八烷基胺的曼尼奇反应

35μl的十八烷基胺在氯仿中的1mg/ml溶液被铺展在1％甲醛亚相(pH3，T＝22℃)上。在等待15分钟让铺展溶剂蒸发之后，该单层被压缩和保持在20mN/m下。在这一表面压力下，该膜经过大约80分钟显示了面积的稳定损失，在此之后膜面积增加。在空气-水界面上总共130分钟后，该膜通过手工朗缪尔-布罗杰特沉积法拔出。简言之，在通过该空气-水界面浸渍Si片之后，该片在氯仿中振摇以除去沉积物，和该过程重复进行。然后对于氯仿溶液进行质谱分析法(ESI模式)。在将如在质谱中检测到的两亲性分子偶联之后在纳米膜中形成的连接基的结构将在图4的右侧显示。

实施例7

表面附接反应活性酯基

首先，APTES改性的硅基片下降进入到pH 7的22℃含水亚相中。160mL的十七烷酸甲基酯(MHD)(1mg/mL CHCl₃溶液)铺展在空气/水界面上。在10分钟之后，膜以3mm/min的速度被压缩至38mN/m。在达到38mN/m之后基片以1mm/min的速度从亚相中提升出来(同时维持表面压力为38mN/m)，导致沉积了一层的MHD。在沉积之后，一些样品在70℃下加热3.5hr以便在表面胺基(APTES)和MHD的酯基之间诱导反应而形成酰胺键。样品在热固化之后在CHCl₃中作声波处理，以测定表面附接的程度。如果该膜没有与该表面反应，则这一处理会导致膜的除去。

基片的椭圆光度法图像示于图10中。在图10A中显示了在膜沉积之后的基片。在图10B中显示了在膜沉积和于70℃下加热之后的基片。图10B显示，在加热过程中发生了一些去湿，和纳米膜保留在基片上。在图10C中显示了在膜沉积之后、在70℃下加热之后和在用CHCl₃处理之后的基片，再次表明纳米膜保留在该基片上。

实施例8

表面附接反应活性丙烯酰基

首先，SiO₂基片通过使用与在用APTES衍生化(实施例6)中描述的相同的程序，用甲基丙烯酰氧基甲基三甲氧基硅烷(MAOMTMOS)的层来衍生化。基片然后下降进入到pH 5的22℃含水亚相中。170mL的N-十八烷基丙烯酰胺(ODAA)(1mg/mL CHCl₃溶液)铺展在空气/水界面上。在10分钟之后，膜以2mm/min的速度被压缩至35mN/m。在达到35mN/m之后基片以2mm/min的速度从亚相中提升出来，导致沉积了一层的ODAA。在沉积之后一些样品被辐照(254nm)40或220分钟以便在表面丙烯酰基(MAOMTMOS)和ODAA的丙烯酰基之间诱导偶联。样品在UV固化之后在CHCl₃中作声波处理，以测定表面附接的程度。如果该膜没有与该表面反应，则这一处理会导致膜的除去。

基片的椭圆光度法图像示于图11中。在图11A中显示了在膜沉积和曝露于254nm的紫外线辐照40分钟之后的基片。在图11B中显示了在膜沉积、辐照和在用CHCl₃处理之后的基片。图11B显示单层偶联到基片上。

实施例9

实施例3的六聚物1dh的纳米膜的独特结构示于图12中，其中互连是通过环己基合成子由模块的酰胺键来实现的。结构的模块和空隙式的孔隙的大致尺寸是14_²，25_²和40_²。完全最小化的结构是由MM+分子力学获得的。

实施例10

八聚物5jh-天冬氨酸是在凝聚的朗缪尔膜中形成并加热至足以通过酰胺键引发模块的偶联以形成纳米膜的一种温度。八聚物5jh-天冬氨酸的纳米膜的独特结构示于图13中，其中互连是通过哌啶合成子由模块的天冬氨酸酰胺键来实现的。结构中孔隙的大致尺寸是119-200埃2。完全最小化的结构是由MM+分子力学获得的。

实施例11

首先，两个SiO₂基片通过使用与在用APTES衍生化(参见实施例1)中描述的相同的程序，用丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(AOPTMOS)的层来衍生化。这些基片以及未改性的SiO₂基片然后降入到维持在22℃下的H₂O亚相中。随后，该六聚物1jh-AC(1mg/mL CHCl₃溶液)被铺展在空气/水界面上。在10分钟之后，膜以4mm/min的速度被压缩至30mN/m。在达到30mN/m的表面压力之后，朗缪尔膜用来自1.5英寸距离处(在3英寸处1350μW/cm²)的254nm光辐照30分钟。随后，基片以1mm/min的速度从亚相中提升出来，导致沉积了一层交联的六聚物1jh-AC。在沉积之后，沉积在AOPTMOS基片上的样品被辐照(254nm)30分钟，从而在表面丙烯酰基(AOPTMOS)和六聚物1jh-AC的丙烯酰基之间诱发偶联。全部样品然后由椭圆光度法检查以测定膜厚度值。最终，全部样品在CHCl₃中作声波处理，以测定表面附接的程度。如果该膜没有与该表面反应，则这一处理会导致膜的除去。沉积膜的相应朗缪尔单分子层表面膜秤面积对时间(在辐照过程中)的图表和椭圆光度法图像分别示于图14和15中。沉积在MAOMTMOS改性基片上的膜的椭圆光度法图像清楚地显示，在CHCl₃超声波处理之后该膜仍然存在，和因此表明发生了表面附接。相反地，当沉积在MAOMTMOS改性基片上之后没有使用UV光或当膜沉积在硅上时，椭圆光度法图像表明没有发生表面附接。

另外，FTIR数据揭示了在六聚物1jh-AC的UV曝光之后乙烯基谱带的损失(图16)，表明在六聚物1jh-AC和AOPTMOS衍生化的基片之间有交联。

实施例12

薄膜的过滤功能可以根据它的溶质拒斥分布来描述。一些纳米膜薄膜的过滤功能在表7-8中例举。

表7：G-薄膜的实例过滤功能

溶质	分子量	通过/未通过
			清蛋白	68kDa	未通过
卵清蛋白	44kDa	通过
			肌红蛋白	17kDa	通过
β2-小球蛋白	12kDa	通过
			胰岛素	5.2kDa	通过
维生素B12	1350Da	通过
			尿素，H2O，离子	＜1000Da	通过

表8：T-薄膜的实例过滤功能

溶质	分子量	通过/未通过
			β2-小球蛋白	12kDa	未通过
胰岛素	5.2kDa	未通过
			维生素B12	1350Da	未通过
葡萄糖	180Da	未通过
			肌酸酐	131Da	未通过
H2PO4 -，HPO4 2-	≈97Da	未通过
			HCO3 -	61Da	未通过
尿素	60Da	未通过
			K+	39Da	通过
Na+	23Da	通过

溶质的通过或排除是由它的清除率衡量，它反映了实际通过该薄膜的溶质部分。在表7-8中的“未通过”符号表明该溶质被纳米膜部分地排除，有时低于90％拒斥，常常至少90％拒斥，有时至少98％拒斥。在表7-8中的“通过”符号表明该溶质被纳米膜部分地清除，有时低于90％清除率，常常至少90％清除率，有时至少98％清除率。

如果薄膜对于一些物质具有极低清除率(例如，低于约5％，低于约3％)，或如果薄膜对于一些物质有非常高的拒斥(例如，大于约95％，大于约98％)，则薄膜对于此类物质是不可渗透的。

实施例13

模块孔隙的尺寸可以由在两端施加电压的脂双分子层试验中的导电率测量。模块溶解于卵磷脂-磷脂酰乙醇胺脂双分子层。将含有所要测试的阳离子物质的溶液投放到该双层的某一面上。在另一面上放置含有已知能通过大环模块的孔隙的阳离子物质的溶液。电中和所需要的阴离子经过选择，要求它们不通过模块孔隙。当在含有试验物质的脂双分子层那一侧的溶液中产生正电位时，如果试验阳离子具有使得它们不能通过模块中的孔隙的尺寸，则无法检测到电流。该电压然后颠倒方向以在脂双分子层的一面上产生正电位，该脂双分子层具有含有已知能贯穿孔隙的阳离子物质的溶液。预期电流的观察证实了脂双分子层的完整性以及模块孔隙作为已知尺寸和更小的阳离子的输送器的可利用性。

大环模块的选择渗透性通过使用两端施加电压的双层方法来测试，如表9中所示。“+”符号表示溶质的渗透，“-”符号表示该溶质的拒斥。

渗透和拒斥是清除率的指标。该钳位电压是50mV。

表9：大环模块的渗透的实例

溶质	半径(VdW，_)	六聚物1a	六聚物1jh
				Li+	0.8	-	+
Na+	1.0	+	+
				K+	1.3	+	+
Cs+	1.7	+	+
				Ca2+	1.0	+	+
Mg2+	0.7	-	+
NH4 +	1.9	+	+
				MeNH3 +	2.0	+	+
EtNH3 +	2.6	-	+
				NMe4 +	2.6	-	+
氨基胍鎓	3.1	-	+
				NEt4 +	3.9	-	+
胆碱	3.8	-	+
				葡糖胺	4.2	-	+
N(n-Pr)4 +		-	+
				N(n-Bu)4 +		-	+

实施例14

溶质的选择性过滤和相对清除率在表10中列出。表10中，标题“高渗透性”表明大于约70-90％的溶质清除率。标题“中等渗透性”表明低于约50-70％的溶质清除率。标题“低渗透性”表明低于约10-30％的溶质清除率。

表10：纳米膜对溶质的清除率

纳米膜	高渗透性	中等渗透性	低渗透性
				六聚物1a	H2O，Na+，K+，Cs+	Ca2+，Mg2+，磷酸盐	葡萄糖，Li+，尿素，肌酸酐
水纳米膜	H2O	葡萄糖，Na+，K+，磷酸盐	Ca2+，Mg2+，Li+，尿素，肌酸酐
				离子纳米膜	H2O，Na+，K+，磷酸盐	葡萄糖	Ca2+，Mg2+，Li+，尿素，肌酸酐
葡萄糖纳米膜	H2O，Na+，K+，葡萄糖	磷酸盐	Ca2+，Mg2+，Li+，尿素，肌酸酐
				G纳米膜	H2O，Na+，K+，磷酸盐，葡萄糖，Ca2+，Mg2+，Li+，尿素，肌酸酐	维生素B12，胰岛素，β2小球蛋白	肌红蛋白，卵清蛋白，清蛋白，
气体纳米膜	He，H2	-	H2O和更大分子，一般为液体
				阴离子纳米膜	Cl-	HCO3 -，磷酸盐	---

实施例15

在过滤过程中考虑的各种物质的近似直径在表11中给出：

溶质	分子量(Da)	直径(埃)
			病毒	106	133
免疫球蛋白G(IgG)	105	60
			清蛋白	50×104	50
β2-小球蛋白	103	13
			尿素	60	--
Na+	23	--

合成子和大环模块合成方法

本说明书中例示和描述的所有化学结构式(包括以上叙述和下面的实施例以及附图在内)打算囊括可预见到的结构的所有变型和异构体，包括所有立体异构体和结构或构型异构体，当该说明、描述或图形没有明确地限于任何特殊异构体时。

制备环状合成子的方法

为了避免从由非特异性反应获得的复杂混合物中分离单一结构或对映异构体，在本发明的合成子的制备中可以使用立体特异性的或至少立体有择的偶联反应。下面是可用于制备本发明大环模块的几类合成子的合成路线的实例。通常，示出了芯合成子，而在结构式中没有示出亲油性结构部分，然而，可以理解，所有下列合成路线可以包括用于制备两亲性和其它改性大环模块的附加亲油性或亲水性结构部分。物质根据出现它们的反应路线来编号；例如，“S1-1”是指路线1中的结构式1。

在反应路线1中示出了制备1，3-二氨基环己-5-烯的合成子的方法。

                    反应路线1

使用对称的二酯S1-1的酶促部分水解来获取对映纯的S1-2。S1-2进行库尔提斯反应，然后用苄醇骤冷，获得受保护的氨基酸S1-3。羧酸S1-4进行碘内酯化，随后脱去卤化氢，获得饱和内酯S1-6。用甲醇钠打开内酯环，获得醇S1-7，在包括甲磺酰化作用的一步反应中通过构型转换转化为S1-8，用叠氮化物进行SN₂置换，还原，所得胺用二碳酸二叔丁酯保护。S1-8差向异构化为更稳定的双平伏构型，随后皂化，获得羧酸S1-10。S1-10进行库尔提斯反应。使用氯甲酸乙酯制备混合酐，随后与含水NaN₃反应，获得酰基叠氮，后者在回流苯中热重排为异氰酸酯。该异氰酸酯用2-三甲基甲硅烷基乙醇骤冷，获得不同保护的三氨基甲酸酯S1-11。与三氟乙酸(TFA)的反应有选择地将1，3-二氨基去保护，提供了所需合成子S1-12。

在另一个变型中，在反应路线1a中示出了制备1，3-二氨基环己烷的合成子的方法。

                    反应路线1a

这些制备方法的一些方面已在Suami等人，J.Org.Chem.1975，40，456和Kavadias等人，Can.J Chem.1978，56，404中给出。

在另一个变型中，在反应路线1b中示出了制备1，3-取代环己烷的合成子的方法。

                   反应路线1b

该合成子保持“Z保护”形式，直到大环模块被环化为止。用于获得具有胺官能团的大环模块的后续脱保护通过氢化程序来进行。

可以使用降冰片烷(双环庚烷)来制备本发明的合成子，并且可以获得降冰片烷类的立体化学控制的多官能化。例如，可以使用狄尔斯-阿德耳环加成作用来形成其中引入具有特定的可预测立体化学结构的各种官能团的降冰片烷类。还可以通过使用适当的试剂来获得对映增强的产物，这样减少了对手性分离的需要。

反应路线2示出了1，2-二氨基降冰片烷的合成子的方法。5-(苄氧基-甲基)-1，3-环戊二烯(S2-13)与富马酸二-(l)-孟基酯的二乙基氯化铝路易斯酸配合物(S2-14)在低温下反应，获得非对映异构纯的降冰片烯S2-15。

               反应路线2

在乙醇水溶液中用氢氧化钾皂化，获得二酸S2-16，后者与二苯基磷酰基叠氮化物(DPPA)进行串联的库尔提斯反应，反应产物用2-三甲基甲硅烷基乙醇骤冷，获得双氨基甲酸酯S2-17。用TFA脱保护，获得二胺S2-18。

在反应路线3中描述了这类合成子的另一种制备方法。在奎尼定的存在下酸酐S3-19用甲醇开环，获得了对映纯的酸式酯S3-20。酯基用甲醇钠(NaOMe)差向异构化，获得S3-21。与DPPA进行库尔提斯反应，随后用三甲基甲硅烷基乙醇骤冷，获得氨基甲酸酯S3-22。用NaOH皂化，获得酸S3-23，再进行库尔提斯反应，然后用苄醇骤冷，得到不同保护的双氨基甲酸酯S3-24。

                      反应路线3

化合物S3-24可以完全去保护，获得二胺，或该氨基甲酸酯的任何一个可以选择性去保护。

反应路线4示出了内，内-1，3-二氨基降冰片烷的合成子的制备方法。5-三甲基甲硅烷基-1，3-环戊二烯(S4-25)与富马酸二-(l)-孟基酯的二乙基氯化铝路易斯酸配合物在低温下反应，获得几乎非对映异构纯的降冰片烯S4-26。S4-26在醇中结晶，获得了超过99％的单一非对映异构体的回收率。溴内酯化，随后进行银介导的重排，获得了在7位上具有醇结构部分的混合二酯S4-28。醇用苄基溴保护，甲基酯选择性地脱保护，获得了游离羧酸S4-30。库尔提斯反应获得了三甲基甲硅烷基乙基氨基甲酸酯降冰片烯S4-31。该烯烃在甲醇中进行双羰基化反应，随后进行单步脱保护和脱水，获得了单酸酐S4-33。该酸酐与甲醇的奎尼定介导的开环获得了S4-34。S4-34的库尔提斯转变获得了双氨基甲酸酯S4-35，再用TFA或氟化四丁铵(TBAF)去保护，获得二胺S4-36。

                    反应路线4

在反应路线5中描述了这类合成子的另一种制备方法。S3-19在奎尼定存在下的苄醇开环以高的对映异构体过量获得了S5-37。进行碘内酯化，随后用NaBH₄还原，获得了内酯S5-39。用NaOMe处理，释放出甲酯和游离醇，形成S5-40。醇S5-40至反向叔丁基氨基甲酸酯保护的胺S5-41的转换通过甲磺酸酯S5-40进行叠氮化物置换(deplacement)，随后还原为胺，再用二碳酸二叔丁基酯保护而在一步反应中完成。苄基酯进行氢化裂解，和甲酯被差向异构化为外向构型，随后该游离酸用苄基溴保护，获得S5-44。该甲酯进行皂化，随后进行三甲基甲硅烷基乙醇骤冷的库尔提斯反应，获得双氨基甲酸酯S5-46，再用TFA裂解，获得所需的二胺S5-47。

                 反应路线5

反应路线6示出了外，内-1，3-二氨基降冰片烷的合成子的制备方法。降冰片烯酸酐S3-19在奎尼定存在下的对甲氧基苄醇开环以高的对映异构体过量获得了单酯S6-48。该游离酸的库尔提斯反应获得了受保护的全内向一元酸-一元胺S6-49。双羰基化和酸酐形成获得了外-单酸酐S6-51。在奎宁存在下的选择性甲醇解获得了S6-52。三甲基甲硅烷基乙醇骤冷的库尔提斯反应获得了双氨基甲酸酯S6-53。这两个酯的差向异构化获得了空间上更稳定的S6-54。该氨基甲酸酯基团的裂解提供了合成子S6-55。

                  反应路线6

制备大环模块的方法

合成子可以彼此偶联，形成大环模块。

在一个变型中，合成子的偶联可以按协同反应路线来完成。通过协同路线制备大环模块的方法可以使用例如至少两种类型的合成子来进行，各类型具有用于与其它合成子偶联的至少两个官能团。可以选择官能团，使得一类合成子的官能团仅可以与另一类合成子的官能团偶联。当使用两种类型的合成子时，可以形成具有交替的不同类型的合成子的大环模块。反应路线7例示了协同模块合成。

参见反应路线7，1，2-二氨基环己烷S7-1是具有用于与其它合成子偶联的两个氨基官能团的合成子，而2，6-二甲酰基-4-十二碳-1-炔基苯酚S7-2是具有用于与其它合成子偶联的两个甲酰基的合成子。氨基可以与甲酰基偶联，形成亚胺连接基。在反应路线7中，显示了协同反应产物六聚物大环模块。

在一个变型中，在协同反应路线中可以形成四聚物、六聚物和八聚物大环模块的混合物。这些大环模块的产率可以通过改变在试剂混合物中各种合成子的浓度和另外通过改变溶剂、温度和反应时间来改变。

                反应路线7

S7-3的亚胺基团可以例如用硼氢化钠还原，获得胺连接基。如果该反应使用2，6-二(氯羰基)-4-十二碳-1-炔基苯酚代替2，6-二甲酰基-4-十二碳-1-炔基苯酚进行，所得模块就会含有酰胺连接基。类似地，如果1，2-二羟基环己烷与2，6-二(氯羰基)-4-十二碳-1-炔基苯酚反应，所得模块将含有酯连接基。

在一些变型中，合成子的偶联可以按分步反应路线来完成。在大环模块的分步制备的实例中，第一类合成子被一个受保护的官能团和一个未保护的官能团取代。第二类合成子被将与该第一合成子上未保护官能团偶联的未保护官能团取代。该第一类合成子与第二类合成子接触的产物可以是二聚物，它由两个偶联的合成子组成。第二合成子还可以被受保护的另一官能团或当形成二聚物时不与第一合成子偶联的另一官能团取代。该二聚物可以进行分离和提纯，或者作为单罐法继续进行制备。该二聚物可以与具有两个官能团的第三合成子接触，这两个官能团的仅一个可以与第一或第二合成子的剩余官能团偶联，形成三聚物，后者由三个偶联的合成子组成。这种合成子的分步偶联可以重复进行，从而形成各种环大小的大环模块。为了环化或封闭大环模块的环，与产物偶联的第n个合成子可以用能与先前偶联的合成子中未偶联的第二官能团(为了该步骤而去保护)偶联的第二官能团取代。该分段法可以用在固相载体上担载的合成子进行。反应路线8说明了模块SC8-1的分步制备。

化合物S8-2在甲磺酰氯的存在下与S8-3反应，获得S8-4，其中苯酚作为苄基醚被保护，氮作为用基团“P”保护的形式示出，该P可以是本领域公知的大量保护基团的任何一种(End0，K.；Takahashi，H.Heterocycles，1999，51，337)。脱除N-保护基，获得游离胺S8-5，后者可以用任何标准肽偶联反应如BOP/HOBt与合成子S8-6偶联，从而获得S8-7。重复进行脱保护/偶联，交替使用合成子S8-3和S8-6，直到获得具有8个残基的线性结构为止。脱除在8-链节上的酸和胺保护基和将该低聚物环化，例如参阅Caba，J.M.等人，J.Org.Chem.，2001，66：7568(PyAOP环化)和Tarver，J.E.等人，J.Org.Chem.，2001，66：7575(活性酯环化)。R基团是H或经由官能团连接于苯环的烷基，和X是N，O或S。固体载体的实例包括王氏树脂，水凝胶，二氧化硅凝胶，琼脂糖凝胶，交联葡聚糖凝胶，琼脂糖，和无机固体。使用固体载体可以通过避免在该方法过程中提纯中间体而简化该程序。最终的环化可以固相模式进行。可以使用“安全制动连接剂”方法(Bourne，G.T.等人，J Org.Chem.，2001，66：7706)而在一道工序中实现环化和树脂裂解。

八聚物3

                 反应路线8

在另一个变型中，协同方法包括如反应路线9所示让两种或多种不同的合成子和连接剂分子接触，其中R可以是烷基或其它亲油基。

               四聚物-单双环庚烷

                 反应路线9

在另一个变型中，分步线性法包括如反应路线10所示的各种合成子和固相载体。

                          六聚物3j-R-胺

                  反应路线10

在另一个变型中，分步会聚法包括如反应路线11所示的合成子三聚物和固相载体。该方法还可以使用在溶液中的三聚物而不用固相载体进行。

在树脂上的线性三聚物 在溶液中的线性三聚物              在树脂上的环化六聚物

                   反应路线11

在另一个变型中，模板法包括如反应路线12所示用模板组装在一起的合成子。在Dutta等人，Inorg.Chem.1998，37，5029中给出了该方法的一些方面(和Mg²⁺模板)。

                   反应路线12

在另一个变型中，连接剂分子法包括如反应路线13所示在溶液中环化合成子。

                      六聚物3j-连接的-Bn-Z

                     反应路线13

下列实施例的试剂从Aldrich Chemical Company和VWR ScientificProducts获得。全部反应是在氮或氩气氛下进行，除非另作说明。水溶液的溶剂萃取物用无水Na₂SO₄干燥。溶液是使用旋转蒸发仪在减压下浓缩。在Analtech Silica gel GF(0.25mm)板或Machery-Nagel Alugram SilG/UV(0.20mm)板上进行薄层色谱法(TLC)。色谱图用UV光、磷钼酸或KMnO₄显象。报导的全部化合物按TLC测得是同质的，除非另作说明。HPLC分析用使用反相C-18硅石柱的Hewlett Packard 1100系统进行。对映异构体过量的使用出自Regis Technologies的反相(l)-亮氨酸硅石柱通过HPLC法测定。全部¹[H]和¹³[C]NMR光谱在400MHz下用VarianMercury system收集。电雾化质谱由Synpep Corp.获得，或用ThermoFinnigan LC-MS系统获得。

实施例16

2，6-二甲酰基-4-溴苯酚

在搅拌下将六亚甲基四胺(73.84g，526mmol)加入到TFA(240mL)中。按一份添加4-溴苯酚(22.74g，131mmol)，再将该溶液在油浴中加热到120℃和在氩气下搅拌48小时。然后将反应混合物冷却到环境温度。添加水(160mL)和50％H₂SO₄水溶液(80mL)，再将该溶液搅拌另外2小时。将反应混合物倒入水(1600mL)中，用布氏漏斗收集所得沉淀物。将该沉淀物溶于乙酸乙酯(EtOAc)中，溶液用MgSO₄干燥。将溶液过滤和用旋转蒸发器脱除溶剂。使用15-40％乙酸乙酯的己烷溶液的梯度，用硅胶(400g)柱色谱法提纯，分离出呈黄色固体的产物(18.0g，60％)。

¹H NMR(400MHz，CDCl₃)δ11.54(s，1H，OH)，10.19(s，2H，CHO)，8.08(s，2H，ArH)。

实施例17

2，6-二甲酰基-4-(癸炔-1-基)苯酚

2，6-二甲酰基-4-溴苯酚(2.50g，10.9mmol)，1-十二碳炔(2.00g，12.0mmol)，CuI(65mg，0.33mmol)，和二氯·双(三苯基膦)合钯(II)悬浮于脱气乙腈(MeCN)(5mL)和脱气苯(1mL)中。该黄色悬浮液用氩气喷射30分钟，再添加脱气的Et₃N(1mL)。所得棕色悬浮液在压力管形瓶内密封，加热到80℃和在那里保持12小时。混合物然后在EtOAc和KHSO₄溶液之间分配。分离有机层，用盐水洗涤，干燥(MgSO₄)和在减压下浓缩。通过硅胶柱色谱法(Et₂O的25％己烷溶液)提纯该暗黄色油，获得了1.56g(46％)的标题化合物。

¹H NMR(400MHz，CDCl₃)δ11.64(s，1H，OH)，10.19(s，2H，CHO)，7.97(s，2H，ArH)，2.39(t，2H，J＝7.2Hz，炔丙基)，1.59(m，3H，脂族)，1.43，(m，2H，脂族)，1.28(m，11H，脂族)，0.88(t，3H，J＝7.0Hz，CH₃)。

¹³C NMR(400MHz，CDCl₃)δ192.5，162.4，140.3，122.8，116.7，91.4，77.5，31.9，29.6，29.5，29.3，29.1，28.9，28.5，22.7，19.2，14.1。

MS(FAB)：对于C₂₀H₂₇O₃计算值315.1960；实测值315.1958[M+H]⁺。

实施例18

2，6-二甲酰基-4-(十二碳烯-1-基)苯酚

将2，6-二甲酰基-4-溴苯酚(1.00g，4.37mmol)，1-十二碳烯(4.8mL，21.7mmol)，1.40g溴化四丁铵(4.34mmol)，0.50g NaHCO₃X(5.95mmol)，1.00g LiCl(23.6mmol)和0.100g双乙酸钯(Pd(OAc)₂)(0.45mmol)在30mL脱气的无水二甲基甲酰胺(DMF)中合并。混合物用氩气喷射10分钟，然后在压力管形瓶内密封，再加热到82℃和保持40小时。将粗反应混合物在CH₂C1₂和0.1M HCl溶液之间分配。

该有机层用0.1M HCl(2x)、盐水(2x)和饱和NaHCO₃水溶液(2x)洗涤，用MgSO₄干燥和在减压下浓缩。通过硅胶柱色谱法(己烷的25％Et₂O溶液)提纯该暗黄色油，获得了0.700g(51％)的主要为Z异构体的标题化合物。

¹H NMR(400MHz，CDCl₃)0δ11.50(s，1H，OH)，10.21(s，2H，CHO)，7.95(s，2H，ArH)，6.38(d，1H，乙烯基)，6.25(m，1H，乙烯基)，2.21(m，2H，烯丙基)，1.30-1.61(m，16H，脂族)，0.95(t，3H，J＝7.0Hz，CH₃)。

MS(FAB)：对于C₂₀H₂₇O₃计算值315.20；实测值315.35[M-H]^-。

实施例19

(1R，6S)-6-甲氧基羰基-3-环己烯-1-羧酸(S1-2)

S1-1(15.0g，75.7mmol)悬浮于pH 7磷酸盐缓冲液(950mL)中。添加猪肝酯酶(2909单位)，以及将混合物在环境温度下搅拌72小时，同时通过添加2M NaOH将pH保持在7。反应混合物用乙酸乙酯(200mL)洗涤，用2M HCl酸化到pH 2，并且用乙酸乙酯(3×200mL)萃取。将萃取物合并，干燥，再蒸发，获得了13.8g(99％)的S1-2。

¹H NMR：(CDCl₃)δ2.32(dt，2H，2_ax-和5_ax-H′s)，2.55(dt，2H，2_eq-和5_eq-H′s)，3.00(m，2H，1-和6-H′s)，3.62(s，3H，CO₂Me)，5.61(m，2H，3-和4-H′s)。

实施例20

(1S，6R)-6-苄氧基羰基氨基环己-3-烯羧酸甲酯(S1-3)

在N2下将S1-2(10.0g，54.3mmol)溶于苯(100mL)中。先后添加三乙胺(13.2g，18.2mL，130.3mmol)和DPPA(14.9g，11.7mL，54.3mmol)。让溶液回流20小时。添加苄醇(5.9g，5.6mL，54.3mmol)和继续回流20小时。溶液用EtOAc(200mL)稀释，用饱和NaHCO₃水溶液(2×50mL)、水(20mL)和饱和NaCl水溶液(20mL)洗涤，干燥和蒸发，获得了13.7g(87％)的S1-3。

¹H NMR：(CDCl₃)δ2.19(dt，1H，5E-H)，2.37(tt，2H，2_ax-和5_eq-H′s)，2.54(dt，1H，2_eq-H)，2.82(m，1H，1-H)，3.65(s，3H，CO₂Me)，4.28(m，1H，6-H)，5.08(dd，2H，CH₂Ar)，5.42(d，1H，NH)，5.62(ddt，2H，3-和4-H′s)，7.35(m，5H，ArH′s)。

实施例21

(1S，6R)-6-苄氧基羰基氨基环己-3-烯羧酸(S1-4)

将S1-3(23.5g，81.3mmol)溶于甲醇(150mL)中，再将溶液冷却到0℃。添加2M NaOH(204mL，0.41mol)，使该混合物达到环境温度，然后将它搅拌48小时。反应混合物用水(300mL)稀释，用2M HCl酸化，再用二氯甲烷(250mL)萃取，干燥，以及蒸发。残留物从二乙醚中再结晶出来，获得了21.7g(97％)的S1-4。

¹H NMR：(CDCl₃)δ2.20(d，1H，5_ax-H)，2.37(d，2H，2_ax-和5_eq-H′s)，2.54(d，1H，2_eq-H)，2.90(br s，1H，1-H)，4.24(br s，1H，6-H)，5.08(dd，2H，CH₂Ar)，5.48(d，1H，NH)，5.62(dd，2H，3-和4-H′s)，7.35(m，5H，Ar H′s)。

实施例22

(1S，2R，4R，5R)-2-苄氧基羰基氨基-4-碘-7-氧代-6-氧杂双环[3.2.1]辛烷(S1-5)

在N₂下将S1-4(13.9g，50.5mmol)溶于二氯甲烷(100mL)，添加0.5MNaHCO₃(300mL)，KI(50.3g，303.3mmol)和碘(25.6g，101mmol)，以及将混合物在环境温度下搅拌72小时。混合物用二氯甲烷(50mL)稀释，再分离有机相。有机相用饱和Na₂S₂O₃水溶液(2×50mL)、水(30mL)和饱和NaCl水溶液(20mL)洗涤，干燥和蒸发，获得了16.3g(80％)的S1-5。

¹H NMR：(CDCl₃)δ2.15(m，1H，8_ax-H)，2.42(m，2H，3_ax-和8_eq-H′s)，2.75(m，2H，1-和3_eq-H′s)，4.12(br s，1H，2-H)，4.41(t，1H，4-H)，4.76(dd，1H，5-H)，4.92(d，1H，NH)，5.08(dd，2H，CH₂Ar)，7.35(m，5H，Ar H′s)。

实施例23

(1S，2R，5R)-2-苄氧基羰基氨基-7-氧代-6-氧杂双环[3.2.1]辛-3-烯(S1-6)

在N₂下将S1-5(4.0g，10mmol)溶于苯(50mL)中。

添加1，8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯(DBU)(1.8g，12mmol)和将溶液回流16小时。过滤该沉淀物，滤液用EtOAc(200mL)稀释。滤液用1M HC1(20mL)、饱和Na₂S₂O₃水溶液(20mL)、水(20mL)和饱和NaCl水溶液(20mL)洗涤，干燥和蒸发，得到了2.2g(81％)的S1-6。

¹H NMR：(CDCl₃)δ2.18(d，1H，8_ax-H)，2.39(m，1H，8_eq-H)，3.04(t，1H，1-H)，4.70(m，1H，5-H)，4.82(t，1H，2-H)，5.15(dd，3H，CH₂Ar和NH)，5.76(d，1H，4-H)，5.92(m，1H，3-H)，7.36(s，5H，Ar H′s)。

实施例24

(1S，2R，5R)-2-苄氧基羰基氨基-5-羟基环己-3-烯羧酸甲酯(S1-7)

将S1-6(9.0g，33mmol)悬浮于MeOH(90mL)中，再冷却到0℃。添加NaOMe(2.8g，52.7mmol)，将混合物搅拌3小时，在此期间，逐渐形成了溶液。该溶液用2M HCl中和，用饱和NaCl水溶液(200mL)稀释，以及用二氯甲烷(2×100mL)萃取。合并萃取物，用水(20mL)和饱和NaCl水溶液(20mL)洗涤，干燥和蒸发。残留物进行急骤色谱分离(硅胶(250g)，50∶50己烷/EtOAc)，得到8.5g(85％)的S1-7。

¹H NMR：(CDCl₃)δ1.90(m，1H，6_ax-H)，2.09(m，1H，6_eq-H)，2.81(m，1H，1-H)，3.55(s，3H，CO₂Me)，4.15(m，1H，5-H)，4.48(t，1H，2-H)，5.02(dd，2H，CH₂Ar)，5.32(d，1H，NH)，5.64(dt，1H，4-H)，5.82(dt，1H，3-H)，7.28(s，5H，ArH′s)。

实施例25

(1S，2R，5S)-2-苄氧基羰基氨基-5-叔丁氧羰基氨基环己-3-烯羧酸甲酯(S1-8)

在N₂下，将S1-7(7.9g，25.9mmol)溶于二氯甲烷(150mL)中，再冷却到0℃。添加三乙胺(6.3g，8.7mL，62.1mmol)和甲磺酰氯(7.1g，62.1mmol)，再将混合物在0℃下搅拌2小时。添加在二氯甲烷(50mL)中的(n-Bu)₄NN₃(14.7g，51.7mmol)，在0℃下继续搅拌3小时，随后在环境温度下搅拌15小时。将混合物冷却到0℃，添加P(n-Bu)₃(15.7g，19.3mL，77.7mmol)和水(1ml)，再将混合物在环境温度下搅拌24小时。添加二碳酸二叔丁酯(17.0g，77.7mmol)，再继续搅拌24小时。除去溶剂，残留物溶于2∶1己烷/EtOAc(100mL)，过滤溶液，再蒸发。残留物进行急骤色谱分离(硅胶(240g)，67∶33己烷/EtOAc)，得到5.9g(56％)的S1-8。

¹H NMR：(CDCl₃)δ1.40(s，9H，Boc H′s)，1.88(m，1H，6_ax-H)，2.21(m，1H，6_eq-H)，2.95(m，1H，1-H)，3.60(s，3H，CO₂Me)，4.15(d，1H，BocNH)，4.50(m，2H，2-和5-H′s)，5.02(s，2H，CH₂Ar)，5.38(d，1H，Z NH)，5.65(m，2H，3-和4-H′s)，7.30(s，5H，Ar H′s)。

实施例26

(1R，2R，5S)-2-苄氧基羰基氨基-5-叔丁氧羰基氨基环己-3-烯羧酸甲酯(S1-9)

将S1-8(1.1g，2.7mmol)悬浮于MeOH(50mL)中。添加NaOMe(0.73g，13.6mmol)，将混合物回流18小时，此后，添加0.5M NH₄Cl(50mL)，再收集所得沉淀物。蒸发滤液，残留物用水(25mL)研制。收集不溶部分，与初始沉淀物合并，获得了0.85g(77％)的S1-9。

¹H NMR：(CDCl₃)δ1.38(s，9H，Boc H′s)，1.66(m，1H，6_ax-H)，2.22(d，1H，6_eq-H)，2.58(t，1H，1-H)，3.59(3，3H，CO₂Me)，4.22(br s，1H，BocNH)，4.50(m，2H，2-和5-H′s)，4.75(d，1H，Z NH)，5.02(s，2H，CH₂Ar)，5.62(s，2H，3-和4-H′s)，7.30(s，5H，Ar H′s)。

实施例27

(1R，2R，5S)-2-苄氧基羰基氨基-5-叔丁氧羰基氨基环己-3-烯羧酸(S1-10)

将S1-9(0.85g，2.1mmol)悬浮于50∶50 MeOH/二氯甲烷(5mL)中，再冷却到0℃，此后，添加2M NaOH(2.0mL)和将该混合物在环境温度下搅拌16小时。该混合物用2M HCl酸化，于是形成了白色沉淀物。收集沉淀物，用水和己烷洗涤，并且干燥，得到0.74g(90％)的S1-10。

¹H NMR：(CD₃OD)δ1.42(s，9H，Boc H′s)，1.66(m，1H，6_ax-H)，2.22(d，1H，6_eq-H)，2.65(t，1H，1-H)，4.18(m，1H，5-H)，4.45(m，1H，5-H)，5.04(s，2H，CH₂Ar)，5.58(m，2H，3-和4-H′s)，7.35(s，5H，Ar H′s)。

实施例28

(1R，2R，5S)-2-苄氧基羰基氨基-5-叔丁氧羰基氨基-1-(2-三甲基甲硅烷基)乙氧基羰基氨基环己-3-烯(S1-11)

在N₂下，将S1-10(3.1g，7.9mmol)溶于THF(30 mL)中，再冷却到0℃。先后添加三乙胺(1.6g，2.2mL，15.9mmol)和氯甲酸乙酯(1.3g，1.5mL，11.8mmol)。混合物在0℃搅拌1小时。添加NaN₃(1.3g，19.7mmol)在水(10mL)中的溶液，在0℃下继续搅拌2小时。将反应混合物在EtOAc(50mL)和水(50mL)之间分配。分离有机相，干燥，再蒸发。该残留物溶于苯(50mL)中和回流2小时。添加2-三甲基甲硅烷基乙醇(1.0g，1.2mL，8.7mmol)和继续回流3小时。反应混合物用EtOAc(200mL)稀释，用饱和NaHCO₃水溶液(50mL)、水(20mL)和饱和_NaCl水溶液(20mL)洗涤，干燥和蒸发。残留物进行急骤色谱分离(硅胶(100g)，67∶33己烷/EtOAc)，得到3.1g(77％)的S1-11。

¹H NMR：(CDCl₃)δ-0.02(s，9H，TMS)，0.90(t，3H，CH₂TMS)，1.40(s，9H，Boc H′s)，2.38(m，1H，6_eq-H)，3.62(m，1H，1-H)，4.08(m，2H，OCH₂CH₂TMS)，4.18(m，1H)，4.38(m，1H)，4.62(m，1H)，5.07(dd，2H，CH₂Ar)，5.18(m，1H)，5.26(m，1H)，5.58(d，1H，烯属H)，5.64(d，2H，烯属H)，7.30(s，5，Ar H′s)。

实施例29

(1R，2R，5S)-2-苄氧基羰基氨基-1，5-二氨基环己-3-烯(S1-12)

将S1-11(2.5g，4.9mmol)加入到TFA(10mL)中，将该溶液在环境温度搅拌16小时，此后蒸发溶液。

将残留物溶于水(20mL)中，用KOH碱化到pH 14和用二氯甲烷(3×50mL)萃取。合并萃取物，用水(20mL)洗涤，干燥和蒸发，得到1.1g(85％)的S1-12。

¹H NMR：(CDCl₃)δ1.30(m，1H，6_ax-H)，2.15(br d，1H，6_eq-H)，2.68(m，1H，1-H)，3.42(br s，1H，5-H)，3.95(m，1H，2-H)，4.85(d，1H，ZNH)，5.08(t，2H，CH₂Ar)，5.45(d，1H，4-H)，5.62(d，1H，3-H)，7.32(s，5H，Ar H′s)。ESCI MS m/e 262 M+1。

实施例30

使用下列程序完成Slb-2的分离：使用Schlenk技术，将5.57g(10.0mmol)的甲酯化合物Slb-1溶于250mL的THF。在另一个烧瓶内，将LiOH(1.21g，50.5mmol)溶于50mL水中和使用针头在溶液中鼓入N₂达20分钟来脱气。反应开始，在快速搅拌的同时在1分钟内将该碱溶液转移到含有Slb-1的烧瓶内。将混合物在室温下搅拌，当起始原料Slb-1被完全消耗时开始后处理(使用66％EtOAc/33％己烷的溶剂体系和用磷钼酸试剂(Aldrich#31，927-9)显色，起始原料Slb-1具有0.88的Rf，产物形成条纹，具有大约0.34-0.64的Rf)。该反应通常花费2天。后处理：通过真空转移除去THF，直到剩下与加到反应中的水几乎相同的体积，在这种情况下是50mL。在此期间，反应溶液形成了被透明黄色溶液包围的附着于搅拌棒上的白色物质。当脱除THF时，装配包括用于注入反应溶液的漏斗的分液漏斗，在该分液漏斗下面放置锥形依氏烧瓶。向该锥形依氏烧瓶添加一些无水Na₂SO₄。该装置应该在开始酸化之前装配。(在反应溶液酸化之前装配分液漏斗和锥形依氏烧瓶等是重要的，以便一旦该溶液达到接近1的pH，能快速地分离各相和从该酸中萃取产物。如果不快速进行分离，那么Boc官能团将被水解，显著降低产率。)一旦挥发物充分地被除去，添加CH₂Cl₂(125mL)和水(65mL)和将该反应烧瓶在冰浴中冷却。快速地搅拌溶液，用注射器添加5mL等分部分的1N HCl，用pH试纸测试反应溶液。添加酸，直到在pH试纸上的斑点在边缘周围显示红色(非橙色)为止，表示已经达到了1-2的pH(所要测试的溶液是CH₂Cl₂和水的混合物，所以pH试纸在斑点的边缘显示精确测量，而非中心)和通过快速将该溶液倾注到分液漏斗来分离各相。当相分离时，转动旋塞阀，将CH₂Cl₂相(底层)释放到锥形依氏烧瓶内和旋动该烧瓶，以便使干燥剂吸附溶液中的水。(在该工序的该规模下，使用80mL的1N HCl。)相分离不久以后，水相用CH₂Cl₂(2×100ml)萃取，用无水Na₂SO₄干燥和去除挥发物，形成了5.37g/9.91毫摩尔的好看的白色微晶，反映了99.1％的产率。该产物不能通过色谱法纯化，因为该方法还将在柱子中水解Boc官能团。

¹H NMR(400MHz，CDCl₃)δ7.33，7.25(5H，m，Ph)，6.30(1H，d，NH)，5.97(1H，d，NH)，5.10(2H，m，CH₂Ph)，4.90(1H，d，NI1)，3.92，3.58，3.49(1H，m，CHNH)，2.96，2.48，2.04，1.95，1.63(1H，m，CH₂CHNH)，1.34(9H，s，CCH₃)。

IR(晶体，cm^-1)3326 br w，3066w，3033w，2975w，2940w sh，1695vs，1506vs，1454m sh，1391w，1367m，1300m sh，1278m sh，1236s，1213wsh，1163vs，1100w，1053m，1020m，981w sh，910w，870m，846w，817w，775w sh，739m，696m。

实施例31

二-(l)-孟基双环[2.2.1]庚-5-烯-7-反-(三甲基甲硅烷基)-2-内-3-外-二羧酸酯(S4-26)

在-78℃下，在氮气下向S4-25(6.09g，0.0155mol)在甲苯(100mL)中的溶液添加二乙基氯化铝(8.6mL的1.8M甲苯溶液)，再将混合物搅拌1小时。向所得橙色溶液滴加作为在甲苯(10mL)中的-78℃溶液的S2-14(7.00g，0.0466mol)。将该溶液在-78℃下保持2小时，随后经一夜缓慢加热到室温。该铝试剂用氯化铵的饱和溶液(50mL)骤冷。分离水层，用二氯甲烷(100mL)萃取，随后用硫酸镁干燥。蒸发溶剂，留下了黄色固体，通过柱色谱法(10％乙酸乙酯/己烷)纯化，得到呈白色固体的S4-26(7.19g，0.0136mol，87％产率)。

¹H NMR：(CDCl₃)δ-0.09(s，9H，SiMe₃)，0.74-1.95(多重线态，36H，孟醇)，2.72(d，1H，α-孟基羰基CH)，3.19(bs，1H，桥头CH)，3.30(bs，1H，桥头CH)，3.40(t，1H，α-孟基羰基CH)，4.48(t的d，1H，α-孟基酯CH)，4.71(t的d，1H，α-孟基酯CH)，5.92(d的d，1H，CH＝CH)，6.19(d的d，1H，CH＝CH)。

实施例32

5-外-溴-3-外-(l)-孟基羧基双环[2.2.1]庚烷-7-反-(三甲基甲硅烷基)-2，6-内酯(S4-27)

将溴(3.61g，0.0226mol)在二氯甲烷(20mL)中的溶液加入到S4-26(4.00g，0.00754mol)在二氯甲烷(80mL)中的搅拌溶液中。搅拌在室温下持续一整夜。该溶液用5％硫代硫酸钠(150mL)处理，再分离有机层和用硫酸镁干燥。在减压下蒸发溶剂，以及通过柱色谱法(5％乙酸乙酯/己烷)纯化粗产物，得到呈白色固体的S4-27(3.53g，0.00754mol，99％产率)。

¹H NMR：(CDCl₃)δ-0.19(s，9H，SiMe₃)，0.74-1.91(多重线态，18H，孟醇)，2.82(d，1H，α-内酯羰基CH)，3.14(bs，1H，内酯桥头CH)，3.19(d的d，1H，桥头CH)，3.29(t，1H，α-孟基羰基CH)，3.80(d，1H，α-内酯酯)，4.74(t的d，1H，α-孟基酯CH)，4.94(d，1H，溴CH)。

实施例33

双环[2.2.1]庚-5-烯-7-顺-(羟基)-2-外-甲基-3-内-(l)-孟基二羧酸酯(S4-28)

将S4-27(3.00g，0.00638mol)溶于无水甲醇(150mL)，添加硝酸银(5.40g，0.0318mol)和将该悬浮液回流3天。将混合物冷却，用赛力特硅藻土过滤和蒸发溶剂，获得油状残留物。用柱色谱法提纯，得到呈浅黄色油的S4-28(1.72g，0.00491mol，77％产率)。

¹H NMR：(CDCl₃)δ0.75-2.02(多重线态，18H，孟醇)，2.83(d，1H，α-孟基羰基CH)，3.03(bs，1H，桥头CH)，3.14(bs，1H，桥头CH)，3.53(t，1H，α-甲基羰基CH)，3.76(s，3H，CH₃)，4.62(t的d，1H，α-孟基酯CH)，5.87(d的d，1H，CH＝CH)，6.23(d的d，1H，CH＝CH)。

实施例34

2-外-甲基-3-内-(l)-孟基双环[2.2.1]庚-5-烯-7-顺-(苄氧基)二羧酸酯(S4-29)

将苄基溴(1.20g，0.0070mol)和氧化银(1.62g，0.0070mol)加入到S4-28(0.490g，0.00140mol)在DMF(25mL)中的搅拌溶液中。将该悬浮液搅拌一夜，然后用乙酸乙酯(100mL)稀释。溶液先后重复地用水和1N氯化锂洗涤。分离有机层，再用硫酸镁干燥。蒸发在减压下溶剂，该粗产物用柱色谱法上硅胶纯化，得到油状物S4-29(0.220g，0.000500mol，36％产率)。

¹H NMR：(CDCl₃)δ0.74-2.08(多重线态，18H，孟醇)，2.83(d，1H，α-孟基羰基CH)，3.18(bs，1H，桥头CH)，3.44(bs，1H，桥头CH)，3.52(t，1H，桥CH)，3.57(s，3H，CH₃)，3.68(t，1H，α-甲基羰基CH)，4.42(d的d，2H，苄基-CH₂-)，4.61(t的d，1H，α-孟基酯CH)，5.89(d的d，1H，CH＝CH)，6.22(d的d，1H，CH＝CH)，7.25-7.38(m，5H，C6Hs)。

实施例35

双环[2.2.1]庚-5-烯-7-顺-(苄氧基)-2-外-羟基-3-内-(l)-孟基二羧酸酯(S4-30)

将S4-29(0.220g，0.00050mol)加入到四氢呋喃(1.5mL)、水(0.5mL)和甲醇(0.5mL)的混合物中。添加氢氧化钾(0.036g，0.00065mol)和将溶液在室温下搅拌过夜。在减压下蒸发溶剂，以及通过柱色谱法(10％乙酸乙酯/己烷)纯化残留物，得到S4-30(0.050g，0.00012mol，23％产率)。

¹H NMR：(CDCl₃)δ0.73-2.01(多重线态，18H，孟醇)，2.85(d，1H，α-孟基羰基CH)，3.18(bs，1H，桥头CH)，3.98(bs，1H，桥头CH)，3.53(bs，1H，桥CH)，3.66(t，1H，α-甲基羰基CH)，4.44(d的d，2H，苄基-CH₂-)，4.63(t的d，1H，α-孟基酯CH)，5.90(d的d，1H，CH＝CH)，6.23(d的d，1H，CH＝CH)，7.25-7.38(m，5H，C₆H₅)。

质谱：对于C₂₆H₃₄O₅计算值426.24；实测值425.4(M-1)和851.3(2M-1)。

实施例36

双环[2.2.1]庚-5-烯-7-顺-(苄氧基)-2-外-(三甲基甲硅烷基乙氧基羰基)-氨基-3-内-(l)-孟基二羧酸酯(S4-31)

向S4-30的苯溶液添加三乙胺和二苯基磷酰基叠氮化物。将该溶液回流24小时，然后冷却到室温。添加三甲基甲硅烷基乙醇，再将溶液回流另外48小时。将苯溶液在乙酸乙酯和1M碳酸氢钠之间分配。合并该有机层，用1M碳酸氢钠洗涤和用硫酸钠干燥。在减压下蒸发溶剂，得到粗库尔提斯反应产物。

实施例37

双环[2.2.1]庚烷-7-顺-(苄氧基)-2-外-(三甲基甲硅烷基乙氧基羰基)-氨基-3-内-(l)-孟基-5-外-甲基-6-外-甲基三羧酸酯(S4-32)

在强烈搅拌下，将S4-31、干燥氯化铜(II)、10％Pd/C和干燥甲醇加入到烧瓶内。在脱气以后，该烧瓶填充一氧化碳到刚好高于1个大气压的压力，再保持72小时。过滤固体，残留物以通常方式后处理，获得了双羰基化产物。

实施例38

双环[2.2.1]庚烷-7-顺-(苄氧基)-2-外-(三甲基甲硅烷基乙氧基羰基)-氨基-3-内-(l)-孟基羧基-5-外-6-外-二羧酸酐(S4-33)

将S4-32、甲酸和催化量的对甲苯磺酸的混合物在90℃下搅拌一整夜。添加乙酸，反应混合物回流6小时。脱除溶剂，用醚洗涤，获得了所需酸酐。

实施例39

双环[2.2.1]庚烷-7-顺-(苄氧基)-2-外-(三甲基甲硅烷基乙氧基羰基)-氨基-3-内-(l)-孟基-6-外-羧基-5-外-甲基三羧酸酯(S4-33)

向S4-32在等量甲苯和四氯化碳中的溶液添加奎尼定。将该悬浮液冷却到-65℃和搅拌1小时。用30分钟缓慢添加3当量的甲醇。将该悬浮液在-65℃下搅拌4天，随后在减压下脱除溶剂。所得白色固体在乙酸乙酯和2M HCl之间分配。从酸层中回收奎宁，以及从有机层获取S4-33。

实施例40

双环[2.2.1]庚烷-7-顺-(苄氧基)-2-外-(三甲基甲硅烷基乙氧基羰基)-氨基-3-内-(l)-孟基-6-外-(三甲基甲硅烷基乙氧基羰基)氨基-5-外-甲基二羧酸酯(S4-35)

向S4-34的苯溶液添加三乙胺和二苯基磷酰基叠氮化物。让溶液回流24小时。在冷却到室温之后，添加2-三甲基甲硅烷基乙醇，并且将溶液回流48小时。该苯溶液在乙酸乙酯和1M碳酸氢钠之间分配。合并有机层，用1M碳酸氢钠洗涤和用硫酸钠干燥。在减压下蒸发溶剂，得到粗库尔提斯反应产物。

实施例41

内-双环[2.2.1]庚-5-烯-2-苄基羧酸酯-3-羧酸(S5-37)

将化合物S3-19(4.00g，0.0244mol)和奎尼定(8.63g，0.0266mol)悬浮于等量的甲苯(50mL)和四氯化碳(50mL)中。将该悬浮液冷却到-55℃，此后经15分钟添加苄醇(7.90g，0.0732mol)。在3小时之后反应混合物变均匀，再在-55℃下搅拌另外96小时。在脱除溶剂之后，该残留物在乙酸乙酯(300mL)和2M盐酸(100mL)之间分配。该有机层用水(2×50mL)和饱和氯化钠水溶液(1×50mL)洗涤。用硫酸镁干燥和蒸发溶剂，获得S5-37(4.17g，0.0153mol，63％产率)。

¹H NMR：(CDCl₃)δ1.33(d，1H，桥CH₂)，1.48(t的d，1H，桥CH₂)，3.18(bs，1H，桥头CH)，3.21(bs，1H，桥头CH)，3.33(t，2H，α-酸CH)，4.98(d的d，2H，CH₂Ph)，6.22(d的d，1H，CH＝CH)，6.29(d的d，1H，CH＝CH)，7.30(m，5H，C₆H₅)。

实施例42

2-内-苄基羧基-6-外-碘双环[2.2.1]庚烷-3，5-内酯(S5-38)

将S5-37(4.10g，0.0151mol)溶于0.5M碳酸氢钠溶液(120mL)中和冷却到0℃。添加碘化钾(15.0g，0.090mol)和碘(7.66g，0.030mol)，然后添加二氯甲烷(40mL)。

将溶液在室温下搅拌一整夜。在用二氯甲烷(100mL)稀释以后，添加硫代硫酸钠，以淬灭该过量碘。分离有机层，用水(100mL)和氯化钠溶液(100mL)洗涤。用硫酸镁干燥和蒸发溶剂，获得S5-38(5.44g，0.0137mol，91％产率)。

¹H NMR：(CDCl₃)δ1.86(d of q，1H，桥-CH₂-)，2.47(t的d，1H，桥-CH₂-)，2.83(d的d，1H，α-内酯羰基CH)，2.93(bs，1H，内酯桥头CH)，3.12(d的d，1H，α苄基酯CH)，3.29(m，1H，桥头CH)，4.63(d，1H，α-内酯酯CH)，5.14(d的d，2H，CH₂Ph)，5.19(d，1H，碘CH)，7.38(m，5H，C₆H₅)。

实施例43

2-内-苄基羧基-双环[2.2.1]庚烷-3，5-内酯(S5-39)

在N₂下将S5-38(0.30g，0.75mmol)投入到DMSO中，添加NaBH₄(85mg，2.25mmol)，再将溶液在85℃搅拌2小时。将混合物冷却，用水(50mL)稀释和用二氯甲烷(3×20mL)萃取。合并萃取物，用水(4×15mL)和饱和NaCl水溶液(10mL)洗涤，干燥，再蒸发，得到0.14g(68％)的S5-39。

实施例44

5-内-羟基双环[2.2.1]庚烷-2-内-苄基-3-内-甲基二羧酸酯(S5-40)

将化合物S5-39溶于甲醇中和在搅拌下添加甲醇钠。脱除溶剂，得到S5-40。

实施例45

双环[2.2.1]庚烷-2-内-苄基-3-内-甲基-5-外-(叔丁氧基羰基)-氨基二羧酸酯(S5-41)

在单罐反应中，用甲磺酰氯将S5-40转化为相应甲磺酸盐，添加叠氮化钠以置换该甲磺酸盐，得到外-叠氮化物，随后用三丁基膦还原，获得游离胺，作为t-Boc衍生物受保护，得到了S5-41。

实施例46

双环[2.2.1]庚烷-2-内-羧基-3-外-甲基-5-外-(叔丁氧基羰基)-氨基羧酸酯(S5-42)

通过在室温下用在甲醇中的10％Pd/C催化氢解S5-41达6小时来脱除苄基醚保护基。过滤该催化剂和脱除溶剂，获得了粗S5-42。

实施例47

双环[2.2.1]庚烷-2-内-羧基-3-外-甲基-5-外-(叔丁氧基羰基)-氨基羧酸酯(S5-43)

将钠溶于甲醇中，形成甲醇钠。添加S5-42，将混合物在62℃下搅拌16小时。冷却混合物，在冷却的同时添加乙酸，以中和过量的甲醇钠。混合物用水稀释和用乙酸乙酯萃取。干燥和蒸发萃取物，得到S5-43。

实施例48

双环[2.2.1]庚烷-2-内-苄基-3-外-甲基-5-外-(叔丁氧基羰基)-氨基二羧酸酯(S5-44)

化合物S5-43与苄基溴和碳酸铯在四氢呋喃中在室温下反应，得到苄基酯S5-44，再通过粗反应混合物的酸后处理来分离。

实施例49

双环[2.2.1]庚烷-2-内-苄基-3-外-羟基-5-外-(叔丁氧基羰基)-氨基羧酸酯(S5-45)

在N₂下将化合物S5-44溶于甲醇中，再冷却到0℃。滴加2M NaOH(2当量)，使该混合物达到环境温度，再搅拌5小时。溶液用水稀释，用2M HCl酸化和用乙酸乙酯萃取。该萃取物用水、饱和NaCl水溶液洗涤，干燥和蒸发，得到S5-45。

实施例50

双环[2.2.1]庚烷-2-内-苄基-3-外-(三甲基甲硅烷基乙氧基羰基)氨基-5-外-(叔丁氧基羰基)-氨基羧酸酯(S5-46)

向S5-45的苯溶液添加三乙胺和二苯基磷酰基叠氮化物。将该溶液回流24小时，然后冷却到室温。添加三甲基甲硅烷基乙醇，并且将溶液回流48小时。将溶液在乙酸乙酯和1M碳酸氢钠之间分配。有机层用1M碳酸氢钠洗涤和用硫酸钠干燥。在减压下蒸发溶剂，得到粗库尔提斯反应产物S5-46。

实施例51

内-双环[2.2.1]庚-5-烯-2-(4-甲氧基)苄基羧酸酯-3-羧酸(S6-48)

将化合物S3-19和奎尼定悬浮于等份的甲苯和四氯化碳中，再冷却到-55℃。用15分钟添加对甲氧基苄醇和将溶液在-55℃搅拌96小时。在脱除溶剂之后，残留物在乙酸乙酯和2M盐酸之间分配。有机层用水和饱和氯化钠水溶液洗涤。用硫酸镁干燥，脱除溶剂，得到S6-48。

实施例52

内-双环[2.2.1]庚-5-烯-2-(4-甲氧基)苄基-3-(三甲基甲硅烷基乙氧基-羰基)氨基羧酸酯(S6-49)

向S6-48的苯溶液添加三乙胺和二苯基磷酰基叠氮化物。将该溶液回流24小时，冷却到室温，添加三甲基甲硅烷基乙醇，再将溶液回流另外48小时。将苯溶液在乙酸乙酯和1M碳酸氢钠之间分配。合并有机层，用1M碳酸氢钠洗涤和用硫酸钠干燥。在减压下蒸发溶剂，得到粗库尔提斯反应产物S6-49。

实施例53

双环[2.2.1]庚烷-2-内-(4-甲氧基)苄基-3-内-(三甲基甲硅烷基乙氧基羰基)氨基-5-外-甲基-6-外-甲基三羧酸酯(S6-50)。

在强烈搅拌下，将S6-49、氯化铜(II)、10％Pd/C和干燥甲醇加入到烧瓶内。在将悬浮液脱气以后，该烧瓶用一氧化碳填充到刚好高于1个大气压的压力。一氧化碳的压力保持72小时。滤出固体，粗反应混合物以通常方式后处理，获得S6-50。

实施例54

双环[2.2.1]庚烷-2-内-(4-甲氧基)苄基-3-内-(三甲基甲硅烷基乙氧基羰基)氨基-5-外-6-外-二羧酸酐(S6-51)。

将S6-50、甲酸和催化量的对甲苯磺酸在90℃下加热一整夜。将乙酸酐加入到反应混合物中，再让它回流另外6小时。脱除溶剂，用醚洗涤，获得S6-51。

实施例55

双环[2.2.1]庚烷-2-内-(4-甲氧基)苄基-3-内-(三甲基甲硅烷基乙氧基羰基)氨基-5-外-羧基-6-外-甲基二羧酸酯(S6-52)。

向S6-51在等量的甲苯和四氯化碳中的溶液添加奎宁。将该悬浮液冷却到-65℃和搅拌1小时。用30分钟缓慢添加3当量的甲醇。将该悬浮液在-65℃下搅拌4天，随后脱除溶剂。

所得白色固体在乙酸乙酯和2M HCl之间分配，后处理有机层中的S6-52。

实施例56

双环[2.2.1]庚烷-2-内-(4-甲氧基)苄基-3-内-(三甲基甲硅烷基乙氧基羰基)氨基-5-外-(三甲基甲硅烷基乙氧基羰基)氨基-6-外-甲基二羧酸酯(S6-53)。

向S6-52的苯溶液添加三乙胺和二苯基磷酰基叠氮化物。将该溶液回流24小时，然后冷却到室温。添加2-三甲基甲硅烷基乙醇，再将溶液回流另外48小时。将苯溶液在乙酸乙酯和1M碳酸氢钠之间分配。合并有机层，用1M碳酸氢钠洗涤和用硫酸钠干燥。在减压下蒸发溶剂，得到S6-53。

实施例57

双环[2.2.1]庚烷-2-外-(4-甲氧基)苄基-3-内-(三甲基甲硅烷基乙氧基羰基)氨基-5-外-(三甲基甲硅烷基乙氧基羰基)氨基-6-内-甲基二羧酸酯(S6-54)。

向S6-53的四氢呋喃溶液小心地添加叔丁醇钾。将该碱性溶液回流24小时，随后添加乙酸。标准萃取法得到双差向异构化产物S6-54。

实施例58

六聚物的制备：

                                    六聚物1a-Br

在0℃下向0.300g(1R，2R)-(-)-反式-1，2-二氨基环己烷(2.63mmol)在5mL CH₂Cl₂中的溶液添加0.600g的2，6-二甲酰基-4-溴苯酚(2.62mmol)在5mL CH₂Cl₂中的溶液。将该黄色溶液加热到室温和搅拌48小时。滗析该反应溶液，再加到150mL的甲醇中。在静置30分钟之后，收集黄色沉淀物，用甲醇洗涤，再进行空气干燥(0.580g；72％产率)。

¹H NMR(400MHz，CDCl₃)δ14.31(s，3H，OH)，8.58(s，3H，CH＝N)，8.19(s，3H，CH＝N)，7.88(d，3H，J＝2.0Hz，ArH)，7.27(d，3H，J＝2.0Hz，ArH)，3.30-3.42(m，6H，CH₂-CH-N)，1.41-1.90(m，24H，脂族)。

MS(FAB)：对于C₄₂H₄₆N₆O₃Br₃计算值923.115；实测值923.3[M+H]⁺。

实施例59

六聚物的制备：

                                              六聚物1a

在0℃下，向0.300g(1R，2R)-(-)-反式-1，2-二氨基环己烷(2.63mmol)在6mL CH₂Cl₂中的溶液添加0.826g的2，6-二甲酰基-4-(1-十二碳-1-炔)苯酚(2.63mmol)在6mLCH₂Cl₂中的溶液。将该橙色溶液在0℃下搅拌1小时，然后加热到室温，此后，继续搅拌16小时。滗析该反应溶液，再加到150mL的甲醇中。在滗析该甲醇溶液之后，获得了粘性黄色固体。残留物进行色谱提纯，获得了黄色粉末。

¹H NMR(400MHz，CDCl₃)δ14.32(s，3H，OH)，8.62(s，3H，CH＝N)，8.18(s，3H，CH＝N)，7.84(d，3H，J＝2.0Hz，ArH)，7.20(d，3H，J＝2.0Hz，ArH)，3.30-3.42(m，6H，CH₂-CH-N)，2.25(t，6H，J＝7.2Hz，炔丙基)，1.20-1.83(m，72H，脂族)，0.85(t，9H，J＝7.0Hz，CH₃).

¹³C NMR(400MHz，CDCl₃)δ163.4，161.8，155.7，136.9，132.7，123.9，119.0，113.9，88.7，79.7，75.5，73.2，33.6，33.3，32.2，29.8，29.7，29.6，29.4，29.2，29.1，24.6，24.5，22.9，19.6，14.4。

MS(FAB)：对于C₇₈H₁₀₉N₆O₃计算值1177.856；实测值：1177.8[M+H]⁺。

实施例60

六聚物的制备：

                                           六聚物1d-C12

向0.240g的2，6-二甲酰基-4-(1-十二碳烯)苯酚(0.76mmol)在10mL苯中的溶液添加(1R，2R)-(-)-反式-1，2-二氨基环己烷(0.087g，0.76mmol)的10mL苯溶液。将该溶液在室温下在避光的条件下搅拌48小时。将该橙黄色溶液干燥和进行色谱分离(硅石，50/50丙酮/Et₂O)，获得了黄色粘性固体(33％产率)。

¹H NMR(400MHz，CDCl₃)δ14.12(s，3H，OH)，8.62(s，3H，CH＝N)，8.40(s，3H，CH＝N)，7.82(d，3H，J＝2.0Hz，ArH)，7.28(d，3H，I＝2.0Hz，ArH)，6.22(d，3H，乙烯基)，6.05(d，3H，乙烯基)，3.30-3.42(m，6H，CH₂-CH-N)，1.04-1.98(m，87H，脂族)。

MS(FAB)：对于C₇₈H₁₁₅N₆O₃计算值1183.90；实测值：1184.6[M+H]⁺。

实施例61

四聚物的制备：

四聚物2-苯基

六聚物的制备：

六聚物6-苯基

将三乙胺(0.50ml，3.59mmol)和(1R，2R)-(-)-反式-1，2-二氨基环己烷(0.190g，1.66mmol)在150mL EtOAc中合并和用N₂吹洗5分钟。用6小时向该溶液滴加溶于100mL EtOAc中的0.331g间苯二甲酰氯(1.66mmol)。过滤溶液和将滤液干燥。TLC(5％甲醇/CH₂Cl₂)显示该产物混合物主要由两种大环组合物组成。色谱分离(硅石，5％甲醇/CH₂Cl₂)得到以上四聚物(0.020g，5％产率)和六聚物(约10％)。

四聚物：

¹H NMR(400MH z，CDCl₃)δ7.82(s，1H)，7.60(br s，2H)，7.45(br s，2H)，7.18(br s，1H)，3.90(br s，2H)，2.22(d，2H)，1.85(m，4H)，1.41(m，4H)。

MS(ESI)：对于C₂₈H₃₃N₄O₄计算值489.25；实测值489.4[M+H]⁺。

六聚物：MS(ESI)：对于C₄₂H₄₉N₆O₆计算值733.37；实测值：733.5[M+H]⁺。

实施例62

由苯和环己烷环状合成子制备大环模块：

                             n＝2，四聚物lf-甲氧基

                             n＝3，六聚物lf-甲氧基

                             n＝4，八聚物lf-甲氧基

向4-十二烷基-2，6-二甲酰基茴香醚(24mg；0.072mmol)的5mL二氯甲烷溶液添加(1R，2R)-(-)-反式-1，2-二氨基环己烷(8.5mg；0.074mmol)的5mL二氯甲烷溶液。将该溶液在室温下搅拌16小时，然后加到短硅石柱的顶部。用二乙醚洗脱，然后除去溶剂，分离出22mg的灰白色固体。阳离子电雾化质谱分析法证明了在该灰白色的固体中存在四聚物(m/z 822，MH⁺)，六聚物(m/z 1232，MH⁺)和八聚物(m/z 1643，MH⁺)。计算的分子量是如下：四聚物+H(C₅₄H₈₅N₄O₂，821.67)；六聚物+H(C₈₁H₁₂₇N₆O₃，1232.00)；八聚物+H(C₁₀₈H₁₆₉N₈O₄，1643.33)。

实施例63

不希望受任何一特定理论的限制，估计大环模块的孔隙尺寸的一种方法是量子力学(QM)和分子力学(MM)计算法。在本实施例中，使用具有两种类型合成子的大环模块，即“A”和“B”，并且在合成子之间的所有连接基被假设是相同的。对于QM和MM计算法来说，用动态试验计算孔隙面积的均方根误差。

对于QM，各模块首先使用Allinger(美国化学会会志，1977，99：8127)和Burkert等人(分子力学，美国化学学会专刊177，1982)的MM+力场方法来优化。它们然后使用AM1 Hamiltonian再优化(Dewar等人，美国化学会会志，1985，107：3903；Dewar等人，美国化学会会志，1986，108：8075；Stewart，J.Comp.Aided Mol.Design，1990，4：1)。为了证明在优化结构邻近的该势能表面的性质，使用数值双差分化计算相关的赫斯矩阵。

对于MM，使用OPLS-AA力场方法(Jorgensen等人，美国化学会会志，1996，118：11225)。对于亚胺连接基，二面角被限制在180°±10°。这些结构被最小化，使用0.5飞秒时间步长来均分1皮秒。然后用1.5飞秒时间步长进行5纳秒动态试验。每一皮秒保存结构。结果示于表12和13。

从对于各种连接基和大环模块孔隙大小的QM和MM计算得到的大环模块孔隙面积示于表12中。在表12中，大环模块具有交替合成子“A”和“B”。合成子“A”是在1，3-苯基位置偶联于连接基L的苯合成子，而合成子“B”在表的左侧栏中示出。

表12：各种大环模块(埃²)的孔隙面积

合成子B	四聚物QM	四聚物MM	六聚物QM	六聚物MM	八聚物QM	八聚物MM
							反式-1，2-环己烷			亚胺(反式)14.3_2	亚胺(反式)13.2±1.4_2
反式-1，2-环己烷			乙炔14.3_2
							反式-1，2-环己烷			胺23.1_2	胺13.9±1.9_2
反式-1，2-环己烷			酰胺19.7_2	酰胺17.5±2.0_2
							反式-1，2-环己烷			酯18.9_2	酯19.6±2.0_2
平伏的-1，3-环己烷			亚胺(反式)18.1_2	亚胺(反式)21.8±1.6_2	亚胺(反式)66.2_2	亚胺(反式)74.5±7.7_2
							平伏的-1，3-环己烷			胺14.7_2	胺19.9±2.6_2
平伏的-1，3-环己烷			酰胺24.8_2	酰胺21.7±1.8_2
							平伏的-1，3-环己烷			酯22.9_2	酯22.8±2.4_2
平伏的-1，3-环	亚胺(反式)	亚胺(反式)	亚胺(反式)	亚胺(反式)	亚胺(反式)	亚胺(反式)

己烷	氧-氧距离2.481_	氧-氧距离3.7±3_	18.4_2	21.0±1.5_2	56.7_2	60.5+-8.3_2
							反式-1，2-吡咯烷			亚胺(反式)10.4_2	亚胺(反式)9.2±1.4_2
平伏的-1，3-哌啶    烯(piperidene)			亚胺(反式)19.2_2	亚胺(反式)20.9±1.1_2
							内-外-1，2-双环庚烷			亚胺(反式)11.1_2	亚胺(反式)14.1±1.1_2
内-内-1，3-双环庚烷			亚胺(反式)18.8_2	亚胺(反式)20.7±1.4_2
							内-外-1，3-双环庚烷			亚胺19.5_2	亚胺10.1±4.9_2
平伏的-1，3-环己烷			胺9.8_2	胺9.9±2.4_2
							内-内-1，3-双环辛烯			亚胺(反式)18.9_2	亚胺(反式)21.6±1.5_2
内-外-1，3-双环辛烯			亚胺(反式)15.6_2	亚胺(反式)18.7±1.6_2
							平伏的-3，9-十氢化萘			亚胺(反式)35.4_2	亚胺(反式)40.0±2.2_2

从对于各种连接基和大环模块孔隙大小的QM和MM计算得到的其它大环模块孔隙面积示于表13中。在表13中，大环模块具有交替合成子“A”和“B”。在表13中，合成子“A”是在2，7-萘基位置偶联于连接基L的萘合成子，而合成子“B”在表的左侧栏中示出。

表13：各种大环模块(埃²)的孔隙面积

合成子B	六聚物QM	六聚物MM
			反-1，2-环己烷内-内-1，3-双环庚烷	亚胺(反式)23.5_2亚胺(反式)30.1_2	亚胺(反式)25.4±4.9_2亚胺(反式)30.0±3.6_2

在图17A和17B中示出了具有取代基组的一些六聚物大环模块的能量最小化构象的实例。参见图17A，显示了具有一组-OH取代基的六聚物1-h-(OH)₃。参见图17B，显示了具有一组-OEt取代基的六聚物1-h-(OEt)₃。在这两个实例之间的孔结构和面积的差别(这也反映了构象和柔性差异)是明显的。该大环模块获得了可用于调节孔隙的组合物。乙氧基合成子取代基比羟基合成子取代基优先被选择用于该六聚物组合物是可以用来输送所选择的物质的方法。

         六聚物1-h-(OH)₃    六聚物1-h-(OEt)₃

大环模块的孔隙尺寸使用两端施加电压的双层工序用实验测定。一定量的大环模块被插入到由卵磷脂和磷脂酰乙醇胺形成的脂双分子层中。将含有所要测试的阳离子物质的溶液投放到该双层的某一面上。在另一面上是含有已知能通过大环模块孔的参照阳离子物质的溶液。选择用于电荷平衡所需的阴离子，该阴离子不能通过大环模块的孔隙。当将正电位施加于在含有试验物质的脂双分子层那侧的溶液时，如果试验物质通过大环模块的孔隙，那么检测到电流。然后将电压换向，以检测由于参照物质通过孔隙输送而产生的电流，从而证明该双层是输送的阻隔物和大环模块的孔隙提供了物质的输送。

通过使用以上技术，由1R，2R-(-)-反式二氨基环己烷和2，6-二甲缩醛-4-(1-十二碳-1-炔基)苯酚合成子组成的、具有亚胺连接基的六聚物大环模块(在表1中的第一模块)被测试对于各种离子物质的输送性能。结果在表14中给出。

表14：大环模块孔隙大小的两端施加电压的双层试验

离子物质	离子物质的范德华半径计算值(_)	具有一水外壳的离子物质的范德华半径计算值(_)	离子物质是否通过孔隙？
				Na+	1.0	2.2	是
K+	1.3	2.7	是
				Ca2+	1.0	2.7	是
NH4 +	1.9	2.9	是
				Cs+	1.7	3.0	是
MeNH3 +	2.0	3.0	是
				EtNH3 +	2.6	3.6	否
NMe4 +	2.6	3.6	否
				氨基胍鎓	3.1	4.1	否
NEt4 +	3.9	4.4	否
				胆碱	3.8	4.8	否
葡糖胺	4.2	5.2	否

表14的结果表明，从所选择模块中的孔隙通过的截止值是在2.0和2.6埃之间的范德华半径。在表12中，QM和MM计算孔径尺寸作为面积给出。使用圆面积方程式A＝πr²，由表12的第一模块孔隙的计算面积14.3_²，获得了2.13_的r值。具有小于2.13_的范德华半径的离子预期可穿过孔隙，而具有更大半径的那些离子则不能通过孔隙，并且观测到的情况就是如此。具有2.0_半径的CH₃NH₃ ⁺穿过孔隙，而具有2.6_半径的CH₃CH₂NH₃ ⁺没有穿过。不希望受特定理论的束缚，并且认识到有几个因素影响孔隙输送，所观测到的水合离子通过孔隙的能力可以归因于进入孔隙的物质的部分脱水，水分子和离子单独通过孔隙输送或在输送过程中具有减低的相互作用以及在输送之后的水分子和离子的再配位。孔隙结构、组成和化学性质的详细情况、大环模块的柔性和其它相互作用可以影响输送过程。

实施例64

在表15中举例说明了1，2-亚胺连接的和1，2-胺连接的六聚物大环模块的孔隙性能。参见表15，该双层钳位数据指示，某些物质在模块孔隙中的通过和排斥与孔隙的计算尺寸相关。此外，这些令人惊讶的数据显示，原子和/或构造细部的布置的微细变化可以导致输送性能的明显变化，以及尤其通过改变合成子和连接基可以调节经由孔隙的输送。

表15：大环模块孔隙大小的两端施加电压的双层试验

溶质物质	溶质的半径	有H2O的溶质的半径(在括号中的第二水合壳的半径)	六聚物1a(1，2-亚胺)半径＝3.3_	六聚物1jh(1，2-胺)半径＝3.9_
					Li+	0.6	2.0(5.6)	否	是
Na+	1.0	2.2	是	是
					K+	1.3	2.7	是	是
Ca2+	1.0	2.7	是	是
					Mg2+	0.7	2.8(5.5)	否	是
NH3 +	1.9	2.9	是	是
					Cs+	1.7	3	是	是
MeNH3 +	2	3	是	是
					EtNH3 +	2.6	3.6	否	是
NMe4 +	2.6	3.6	否	是
					氨基胍鎓	3.1	4.1	否	是
胆碱	3.8	4.8	否	是
					NEt4 +	3.9	4.4	否	否
葡糖胺	4.2	5.2	否	否
					NPr4 +	-	-	-	否

六聚物1a-1，2-亚胺                          六聚物1jh-1，2-胺

实施例65

六聚物1a-Me的朗缪尔等温线和等压蠕变分别示于图18A和18B中。

            六聚物1a-Me                    六聚物1a-C15

在图18B中用等压蠕变数据显示出六聚物1a-Me的朗缪尔膜的相对稳定性。在5mN/m表面压力下，约30分钟之后的膜面积减少约30％。六聚物1a-C15的朗缪尔等温线和等压蠕变分别示于图19A和19B中。在图19B中用等压蠕变数据显示出六聚物1a-C15的朗缪尔膜的相对稳定性。在10mN/m表面压力下，约30分钟之后膜面积减少约1-2％，而在约60分钟以后减少约2％。六聚物1a-C15的破坏压力是大约18mN/m。

实施例66

                              四聚物4jh

用模板合成的亚胺八聚物。在氩气下向装有冷凝器和加料漏斗的具有搅拌棒的三颈100mL圆底烧瓶添加两亲性二醛苯酚1(500mg，1.16mmol)。接着，连续添加Mg(NO₃)₂·6H₂O(148mg，0.58mmol)2和Mg(OAc)₂·4H₂O(124mg，0.58mmol)。使烧瓶处于真空之下，再用氩气3X回填充。在氩气下用注射器将无水甲醇转移到烧瓶内，再搅拌所得悬浮液。然后使混合物回流10分钟，获得均匀溶液。在正氩气压力下使反应冷却到室温。将(1R，2R)-(-)-反-1，2-二氨基环己烷4加入到加料漏斗中，随后在氩气下用套管转移无水甲醇(11.6mL)。经1小时将该二胺/MeOH溶液滴加到搅拌的均匀金属模板/二醛溶液中，获得了橙色油。用玻璃塞替代加料漏斗，再让混合物回流3天。在真空中除去溶剂，获得了黄色结晶固体，该固体可不用进一步纯化而直接使用。

胺八聚物。在氩气下向具有搅拌棒的50mL schlenk烧瓶添加亚胺八聚物(314mg，0.14mmol)。接着，在氩气下用注射器添加无水THF(15mL)和MeOH(6.4mL)，并在室温下搅拌该悬浮液。向该均匀溶液按份添加NaBH₄(136mg，3.6mmol)，再将混合物在室温下搅拌12小时。过滤溶液，随后添加19.9mL H₂O。通过添加4M HCl将pH调节到大约2，然后添加6.8mL的乙二胺四乙酸二钠盐二水合物(0.13M水溶液)和将混合物搅拌5分钟。向该溶液添加2.0％氢氧化铵，继续搅拌另外5分钟。溶液用乙酸乙酯(3×100mL)萃取，分离有机层，用硫酸钠干燥和用旋转蒸发除去溶剂，获得浅黄色固体。在氯仿和己烷中重结晶，获得胺八聚物。分子量由ESIMS证实M+H＝实验值＝2058.7m/z，计算值＝2058.7m/z。

实施例67

六聚物1j-1，2-亚胺                                  六聚物1jh-1，2-胺

六聚物1j。两种底物，(-)-R，R-1，2-反-二氨基环己烷(0.462mmol，0.053g)和2，6-二甲酰基-4-十六烷基苄基苯酚羧酸酯(0.462mmol，0.200g)添加到10mL的含有磁力搅拌棒的管形瓶中，随后添加2mL的CH₂Cl₂。将黄色溶液在室温下搅拌。在24小时之后，反应溶液与二乙醚一起通过硅胶，再通过旋转蒸发脱除溶剂。(232mg；98％产率)。¹H NMR(400MHz，CDCl₃)：δ14.11(s，3H，OH)，8.67(s，3H，CH＝N)，8.23(s，3H，CH＝N)，7.70(s，3H，ArH)，7.11(s，3H，ArH)，4.05-3.90(t，6H，3J＝6.6Hz，CH₂C(O)OCH₂(CH₂)1₄CH₃)，3.44(s，6H，CH₂C(O)OCH₂(CH₂)₁₄CH₃)，3.30-3.42(m，6H，CH₂-CH-N)，1.21-1.90(m，108H，脂族)0.92-0.86(t，9H，3J＝6.6Hz)。ESIMS(+)对于C₉₆H₁₅₁N₆O₉计算值：1533；实测值：1534[M+H]⁺。

六聚物1jh。在氩气下在具有磁力搅拌棒的100mL梨形烧瓶中加入六聚物lj(0.387mmol，0.594g)，并溶于THF∶MeOH(分别是7∶3，28∶12mL)中。接着，在室温下用6.5小时缓慢地按份添加NaBH₄(2.32mmol，0.088g)。用旋转蒸发脱除溶剂，将残留物溶于125ml乙酸乙酯中和用3×50mL的H₂O洗涤。分离有机层，用Na₂SO₄干燥，再通过旋转蒸发脱除溶剂。残留物在CH₂Cl₂和MeOH中再结晶，得到白色固体(0.440g；74％产率)。¹HNMR(400MHz，CDCl₃)：δ6.86(s，6H，ArH)，4.10-4.00(t，6H，³J＝6.6Hz，CH₂C(O)OCH₂(CH₂)₁₄CH₃)，3.87-3.69(dd，6H，³J＝13.7Hz，³J(CNH)＝42.4Hz CH₂-CH-N)，3.43(s，6H，CH₂C(O)OCH₂(CH₂)₁₄CH₃)，2.40-2.28(m，6H，脂族)，2.15-1.95(m，6H，脂族)，1.75-1.60(m，6H，脂族)，1.60-1.55(m，6H，脂族)1.37-1.05(m，84H，脂族)0.92-0.86(t，9H，³J＝6.8Hz)。ESIMS(+)对于C₉₆H₁₆₃N₆O₉计算值：1544；实测值：1545[M+H]⁺。

实施例68

六聚物1a-Me-1，2-亚胺

六聚物1A-Me。将2-羟基-5-甲基-1，3-苯二甲醛(53mg，0.32mmol)在二氯甲烷(0.6mL)中的溶液加入到(1R，2R)-(-)-1，2-二氨基环己烷(37mg，0.32mmol)在二氯甲烷(0.5mL)中的溶液中。将混合物在环境温度下搅拌16小时，滴加到甲醇(75mL)中和冷却(4℃)4小时。收集沉淀物，获得71mg(92％)的六聚物1A-Me。¹H NMR(CDCl₃)：δ13.88(s，3H，OH)，8.66(s，3H，ArCH＝N)，8.19(s，3H，ArCH＝N)，7.52(d，3H，J＝2Hz，Ar H)，6.86(d，3H，J＝2Hz，Ar H)，3.35(m，6H，环己烷1，2-H′s)，2.03(3，9H，Me)，1.6-1.9(m，18H，环己烷3，6-H₂ and 4_eq，5_eq-H′s)，1.45(m，6H，环己烷4_ax，5_ax-H′s)；¹³C NMRδ63.67，159.55，156.38，134.42，129.75，127.13，119.00，75.68，73.62，33.68，33.41，24.65，24.57，20.22；ESI(+)MS m/e(％)727M+H(100)；IR 1634cm^-1。

实施例69

                                     六聚物1jh-AC

将32.7mg六聚物1jh(再结晶次数)加入到30mL干燥THF中。使用随后Schlenk技术将100μl三乙胺和100μl丙烯酰氯(新蒸馏)加入到该THF混合物中。溶液在丙酮/干冰浴中搅拌18小时。在除去溶剂之后，留下了白色沉淀物。将沉淀物再溶解在CH₂Cl₂中，用多孔玻璃漏斗过滤。将CH₂Cl₂溶液加入到分液漏斗中，用水洗涤一次，随后用盐水(NaCl)洗涤两次。CH₂Cl₂溶液在MgSO₄上干燥和然后过滤除去MgSO₄。在脱除溶剂之后，剩下了黄色沉淀物。¹H NMR(CDCl₃)：δ-0.867-0.990(3H)，1.259(21.8H)，1.39(1.86H)，1.64(12.7H)，2.8(1.25H)，3.46-3.62(2.47H)，3.71(0.89H)，3.99(2.46H)，5.06(0.71H)，5.31(3.80H)，5.71(1.43H)，5.90(0.78H)，6.2-6.4(2.49H)，6.59(0.80H)，6.78(0.47H)，6.98(0.28H).FTIR-ATR：3340，2926(-CH₂-)，2854(-CH₂-)，1738(酯羰基)，1649 and 1613(丙烯酸酯)，983(＝CH)，959 sh(＝CH₂)。ESI-MS：1978.5(Hex1JhAC+8-AC)，1948.8(Hex1JhAC+7-AC+Na⁺)，1923.3(Hex1JhAC+7-AC)，1867.6(Hex1JhAC+6-AC)，1842.6，1759.7(Hex1JhAC+4-AC)。

Claims (53)

1.纳米膜，它包括偶联取向的两亲性大环模块。

2.权利要求1的纳米膜，其中模块是选自六聚物1a，六聚物1dh，六聚物3j-胺，六聚物1jh，六聚物1jh-AC，六聚物2j-胺/酯，六聚物1dh-丙烯酰基，八聚物5jh-天门冬氨酸，八聚物4jh-丙烯酰基，和它们的混合物。

3.权利要求1的纳米膜，其中模块是六聚物1dh。

4.权利要求1的纳米膜，其中模块是通过模块的反应活性官能团偶联的。

5.权利要求1的纳米膜，其中模块偶联于至少一个连接剂分子上。

6.权利要求5的纳米膜，其中至少一种连接剂分子选自：

(RO)₂BR′B(OR)₂

X-(CH₂)_n-X

XC(O)-(CH₂)_n-C(O)X

和它们的混合物，其中m＝1-10，n＝1-6，R是H或CH₃，R’是-(CH₂)_n-或苯基，R″是-(CH₂)_n-，聚乙二醇(PEG)，或聚丙二醇(PPG)，和X是Br、Cl、I或离去基团，该离去基团由碳、氧、氮、卤素、硅、磷、硫和氢原子组成，并具有1-20个碳原子。

7.权利要求1的纳米膜，其中两亲性大环模块具有疏水性尾，它能通过化学、热、光化学、电化学或辐照方法来分裂。

8.通过化学、热、光化学、电化学或辐照方法偶联的权利要求1的纳米膜。

9.权利要求1的纳米膜，具有低于约30纳米的厚度。

10.权利要求1的纳米膜，具有低于约4纳米的厚度。

11.权利要求1的纳米膜，具有低于约1纳米的厚度。

12.权利要求1的纳米膜，具有下列过滤功能：     溶质     分子量     通过/未通过     清蛋白     68kDa     未通过     卵清蛋白     44kDa     通过     肌红蛋白     17kDa     通过     β₂-小球蛋白     12kDa     通过     胰岛素     5.2kDa     通过     维生素B₁₂     1350Da     通过     尿素，H₂O，离子     ＜1000Da     通过

13.权利要求1的纳米膜，具有下列过滤功能：   溶质     分子量     通过/未通过   β₂-小球蛋白     12kDa     未通过   胰岛素     5.2kDa     未通过   维生素B₁₂     1350Da     未通过   葡萄糖     180Da     未通过   肌酸酐     131Da     未通过   H₂通过O₄ ^-，H通过O₄ ^2-     ≈97Da     未通过   HCO₃ ^-     61Da     未通过   尿素     60Da     来通过   K⁺     39Da     通过   Na⁺     23Da     通过

14.权利要求1的纳米膜，其中纳米膜对于病毒和更大的物质是不可渗透的。

15.权利要求1的纳米膜，其中纳米膜对于免疫球蛋白G和更大的物质是不可渗透的。

16.权利要求1的纳米膜，其中纳米膜对于清蛋白和更大的物质是不可渗透的。

17.权利要求1的纳米膜，其中纳米膜对于β₂-小球蛋白和更大的物质是不可渗透的。

18.权利要求1的纳米膜，其中纳米膜仅仅对于水和更小的物质是可渗透的。

19.权利要求1的纳米膜，具有13kDa的分子量截止值。

20.权利要求1的纳米膜，具有190Da的分子量截止值。

21.权利要求1的纳米膜，具有100Da的分子量截止值。

22.权利要求1的纳米膜，具有45Da的分子量截止值。

23.权利要求1的纳米膜，具有20Da的分子量截止值。

24.权利要求1的纳米膜，它对于水分子和在水中的Na⁺、K⁺和Cs⁺具有高渗透性。

25.权利要求24的纳米膜，它对于葡萄糖和尿素具有低渗透性。

26.权利要求1的纳米膜，它对于水分子和在水中的Cl^-具有高渗透性。

27.权利要求1的纳米膜，它对于水分子和在水中的K⁺具有高渗透性，和对于在水中的Na⁺具有低渗透性。

28.权利要求1的纳米膜，它对于水分子和在水中的Na⁺具有高渗透性，和对于在水中的K⁺具有低渗透性。

29.权利要求1的纳米膜，它对于在水中的尿素、肌酸酐、Li⁺、Ca²⁺和Mg²⁺具有低渗透性。

30.权利要求29的纳米膜，它对于在水中的Na⁺、K⁺、磷酸氢盐和磷酸二氢盐具有高渗透性。

31.权利要求29的纳米膜，它对于在水中的Na⁺、K⁺和葡萄糖具有高渗透性。

32.权利要求1的纳米膜，它对于在水中的肌红蛋白、卵清蛋白和清蛋白具有低渗透性。

33.权利要求1的纳米膜，它对于有机化合物具有高渗透性，和对于水具有低渗透性。

34.权利要求1的纳米膜，它对于水分子具有低渗透性，和对于氦气和氢气具有高渗透性。

35.纳米膜阻碍层，包括至少两层权利要求1的纳米膜。

36.权利要求35的纳米膜阻隔层，进一步包括在任何两个纳米膜层之间的至少一个间隔层。

37.权利要求36的纳米膜阻隔层，其中间隔层包括聚合物或凝胶层。

38.权利要求1的纳米膜，它沉积在基材上。

39.权利要求38的纳米膜，其中基材是多孔的。

40.权利要求38的纳米膜，其中基材是无孔的。

41.权利要求1的纳米膜，它具有表面附接基团。

42.权利要求41的纳米膜，其中表面附接基团选自氨基，羟基，卤素，硫醇，炔基，镁卤素，醛，-CH＝C(CH₃)₂，乙烯基，-(C＝C)-CH＝CH₂，-OC(O)CH(CH₃)₂，-OC(O)CH＝CH₂，-NC(O)CH＝CH₂，羧酸酯，异氰酸酯，环氧化物，抗生物素蛋白链菌素，和它们的混合物。

43.权利要求1的纳米膜，它通过表面附接基团以共价键连接于基材上。

44.权利要求1的纳米膜，它通过离子相互作用连接于基材上。

45.权利要求1的纳米膜，进一步包括基材；其中纳米膜通过生物素-抗生物素蛋白链菌素偶联作用偶联于基材上。

46.一种过滤方法，包括使用权利要求1的纳米膜从流体中分离组分。

47.纳米膜，包括使用朗缪尔单分子层表面膜秤沉积在基材上的取向大环模块。

48.权利要求47的纳米膜，其中模块是选自六聚物1a，六聚物1dh，六聚物3j-胺，六聚物1jh，六聚物1jh-AC，六聚物2j-胺/酯，六聚物1dh-丙烯酰基，八聚物5jh-天门冬氨酸，八聚物4jh-丙烯酰基，和它们的混合物。

49.纳米膜，包括偶联的取向两亲性分子和取向的两亲性大环模块。

50.权利要求49的纳米膜，其中两亲性分子包括至少两种不同的两亲性分子。

51.权利要求50的纳米膜，其中两亲性大环模块包括至少两种不同的两亲性大环模块。

52.纳米膜，它包括通过亲水基偶联的取向两亲性分子，其中两亲性分子选自C₇-C₄₀烷基胺，C₇-C₄₀烷基硫醇，和它们的混合物。

53.一种包括偶联取向大环模块的纳米膜，它由包括以下步骤的方法制备：(a)提供包括偶联的取向大环模块的纳米膜，其中偶联的取向大环模块包括疏水性区域，该区域能通过化学、热、光化学、电化学或辐照方法分裂；和(b)分裂疏水性区域。

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