CN1771264A - 具有聚合组分的纳米膜组合物 - Google Patents

Abstract

由两性物种和一种或多种聚合组分制备的适用于过滤的纳米膜。所述两性物种或组分可以在界面或表面上取向。纳米膜可通过偶联一种或多种组分制备。所述纳米膜还可以沉积或附着于基体。

Description

具有聚合组分的纳米膜组合物

相关申请的交叉参考

本申请要求享有于2002年9月17日递交的美国临时申请No.60/411,588的优先权，在此全部通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及薄层组合物，该薄层组合物是由多种大环结构体体组分和多种聚合的两性组分制备的纳米膜。本发明还涉及有机化学和纳米技术领域，特别地涉及适合于过滤的纳米膜组合物。

背景技术

纳米技术包括在原子和分子水平上设计新颖结构的能力。纳米技术的一个方面是开发可组装具有预计性能的分级分子的化学结构单元。一种制备化学结构单元或纳米结构的方法从原子和分子水平通过设计并合成具有高度适应性能的起始物料着手。原子水平的精确控制是形成合理设计的合成-结构-性能关系的基础，这种关系可以提供结构独特且性能可预见的材料。这种纳米技术方法是受到大自然的启示。例如，生物组织基于结构水平的层次：形成生物分子的原子、生物分子排列形成细胞器官、细胞、并最终形成有机体。这些结构单元的能力是常规的材料和方法无法匹敌的，所述常规方法例如形成统计混合或限制反应物以加强某些反应路径的聚合反应。例如，从天然蛋白质中发现的20种普通氨基酸可以制得超过105种稳定且独特的蛋白质。

将从纳米技术中获益的一个领域是使用膜的过滤作用。在多种分离方法中使用的常规膜可以选择地渗透不同分子物质。常规膜的渗透性能一般取决于物种传输通过膜结构的路径。例如，虽然可以将常规的选择性渗透材料中的扩散路径制成曲折状以控制渗透作用，但是不能通过常规方法良好地确定或控制孔隙率。制备膜中规则或独特孔结构的能力是分离技术的长期目标。

物种流动通过膜的阻力也可以通过流动路径的长短来控制。可以通过使用非常薄的膜作为隔膜而显著降低阻力，其代价是膜材料的机械强度下降。常规膜可以具有至少一至二百纳米的阻隔层厚度，常常高达毫米厚度。通常，膜阻隔材料的薄膜可以沉积在厚度较大的多孔基体上以恢复材料强度。

膜分离方法用于从流体中分离组分，其中可以将尺寸小于特定“截留”尺寸的原子或分子组分与尺寸较大的组分分离。通常，小于截留尺寸的物种通过所述膜。截留尺寸可以是近似的经验值，其反映的现象是小于截留尺寸的组分的传输速率仅快于较大组分的传输速率。在常规的压力驱动的膜分离过程中，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性。在渗析中，分离的驱动力是浓度梯度，而在电渗析中则向离子选择膜上施加电动势。

在所有这些方法中，需要的是对待分离流体组分的可选择性渗透膜阻隔体。

发明概述

一方面，本发明提供了纳米膜组合物。在某些实施方式中，所述纳米膜组合物包含大环结构体体与至少一种聚合组分的反应产物。在某些实施方式中，所述纳米膜组合物包含聚合组分与两亲物的反应产物。在其他实施方式中，所述纳米膜组合物包含聚合组分的反应产物，其中所述聚合组分通过连接分子连接。在另外的其他实施方式中，所述纳米膜组合物包含至少两种聚合组分的反应产物，其中第一种聚合组分是可聚合的两亲物，第二种聚合组分是可聚合的单体。

在某些实施方式中，所述大环结构体体选自Hexamer 1a、Hexamer1dh、Hexamer 3j-胺、Hexamer 1jh、Hexamer 1jh-AC、Hexamer 2j-胺/酯、Hexamer 1dh-丙烯酰基、Octamer 5jh-天冬氨酸、Octamer 4jh-丙烯酰基和其混合物。在某些优选实施方式中，所述大环结构体体是Hexamer 1dh。

在某些实施方式中，所述聚合组分包含可聚合的单体。在某些实施方式中，所述可聚合的单体包含CH₂＝CHC(O)OCH₂CH₂OH。在其他实施方式中，所述聚合组分包含可聚合的两亲物。在某些实施方式中，所述可聚合两亲物选自两性丙烯酸酯、两性丙烯酰胺、两性乙烯基酯、两性苯胺、两性二炔、两性二烯、两性丙烯酸、两性烯类、两性肉桂酸、两性氨基酯、两性环氧烷、两性胺类、两性二酯、两性二元酸、两性二元醇、两性多元醇和两性双环氧化合物。在某些实施方式中，所述聚合组分是聚合物。在某些实施方式中，所述聚合组分是两性的。

在某些实施方式中，所述聚合组分选自聚(马来酸酐)、聚(乙烯-马来酸酐)、聚(马来酸酐-α烯烃)、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、包含至少一个氧杂环丙烷基的聚合物、聚乙烯酰亚胺(polyethyleneimide)、聚醚酰亚胺、聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物、聚异戊二烯、polyneopropene、聚酰胺、聚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚磺酰胺、聚亚砜、聚乙醇酸、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚酯、聚酯离聚物、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乳酸、多肽、聚山梨醇酯、多熔素、水凝胶、碳水化合物、多糖、琼脂糖、直链淀粉、支链淀粉、糖原、葡聚糖、纤维素、醋酸纤维素、甲壳质、壳聚糖、肽聚糖、粘多糖、多核苷酸、聚(T)、聚(A)、核酸、蛋白聚糖、糖蛋白、醣脂类和他们的混合物。在某些优选实施方式中，所述聚合组分是聚(马来酸酐-α烯烃)。

在某些实施方式中，所述两亲物是可聚合的两亲物。在某些实施方式中，所述可聚合的两亲物选自两性丙烯酸酯、两性丙烯酰胺、两性乙烯基酯、两性苯胺、两性二炔、两性二烯、两性丙烯酸、两性烯类、两性肉桂酸、两性氨基酯、两性环氧烷、两性胺类、两性二酯、两性二元酸、两性二元醇、两性多元醇和两性双环氧化合物。在某些实施方式中，所述两亲物是不可聚合的。在某些实施方式中，所述不可聚合的两亲物选自癸胺和硬脂酸。

在某些实施方式中，所述纳米膜组合物可以进一步包含不可聚合的两亲物。在某些实施方式中，所述不可聚合的两亲物选自癸胺和硬脂酸。在某些实施方式中，所述聚合组分是聚合物，并且所述不可聚合的两亲物与该聚合物偶联。

在某些实施方式中，所述大环结构体体彼此偶联。在某些实施方式中，所述大环结构体体与所述至少一种聚合组分偶联。在某些实施方式中，所述聚合组分彼此偶联。在某些实施方式中，所述至少一种聚合组分与两亲物偶联。在某些实施方式中，所述偶联通过连接分子实现。在某些实施方式中，所述连接分子选自以下类型

(RO)₂BR′B(OR)₂，X-(CH₂)_n-X，

XC(O)-(CH₂)_n-C(O)X，

                              

以及它们的混合物；其中m是1～10，n是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)，X是Br、Cl、I或其他离去基团。

在某些实施方式中，所述纳米膜组合物通过包括使至少一种聚合组分在空气-水界面处聚合的方法制备。在某些实施方式中，所述纳米膜组合物通过包括使可聚合的两亲物在空气-水界面处聚合的方法制备。

在某些实施方式中，所述聚合组分的面积比例为0.5～98％。在其他实施方式中，所述聚合组分的面积比例小于约20％。在另外其他实施方式中，所述聚合组分的面积比例小于约5％。

在某些实施方式中，所述纳米膜组合物的厚度小于约30纳米。在其他实施方式中，所述纳米膜组合物的厚度小于约6纳米。在另外其他实施方式中，所述纳米膜组合物的厚度小于约2纳米。

在某些实施方式中，所述纳米膜组合物包含至少两层纳米膜。在某些实施方式中，所述纳米膜组合物包含位于任何两个纳米膜层之间的至少一个间隔层。在某些实施方式中，所述间隔层包含凝胶、无机颗粒或聚合物层。

在某些实施方式中，将所述纳米膜组合物沉积在基体上。在某些实施方式中，通过所述聚合组分将所述纳米膜与基体连接。在某些实施方式中，所述基体是多孔的。在其他实施方式中，通过生物素-链霉和素(strepavidin)的中介相互作用将所述纳米膜与基体连接。

在某些实施方式中，在5～30mN/m的表面压力下，所述纳米膜组合物的表面损耗模量小于不用所述聚合组分制得的相同纳米膜组合物的表面损耗模量的约50％。在其他实施方式中，在5～30mN/m的表面压力下，所述纳米膜组合物的表面损耗模量小于不用所述聚合组分制得的相同纳米膜组合物的表面损耗模量的约30％。在另外其他实施方式中，在5～30mN/m的表面压力下，所述纳米膜组合物的表面损耗模量小于不用所述聚合组分制得的相同纳米膜组合物的表面损耗模量的约20％。

所述纳米膜组合物可具有过滤功能，该功能可用于描述通过该纳米膜组合物的物种。纳米膜组合物可以仅渗透特定物种(包括特定流体中的阴离子、阳离子和中性溶质)以及比所述特定物种更小的物种。特定的纳米膜组合物可以对某种溶剂中的某种物种具有高渗透率。纳米膜组合物可以对某种溶剂中的某种物种具有低渗透率。纳米膜组合物可以对某种溶剂中的某种物种具有高渗透率并对其他物种具有低渗透率。在一种实施方式中，纳米膜组合物可具有下述过滤功能：

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

在另一种实施方式中，纳米膜组合物可以具有如下过滤功能：

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

在另一种实施方式中，所述纳米膜组合物不可渗透病毒和较大物种。在其他实施方式中，所述纳米膜组合物不可渗透免疫球蛋白G和较大物种。在其他实施方式中，所述纳米膜组合物不可渗透清蛋白和较大物种。在其他实施方式中，所述纳米膜组合物不可渗透β₂-微球蛋白和较大物种。在其他实施方式中，所述纳米膜组合物仅仅可渗透水和较小物种。在另一种实施方式中，所述纳米膜组合物对水分子和水中的Na⁺、K⁺和Cs⁺具有渗透能力。在另一种实施方式中，所述纳米膜组合物对葡萄糖和脲的具有低渗透率。在另一种实施方式中，所述纳米膜组合物对水分子和水中的Cl^-具有高渗透率。在另一种实施方式中，所述纳米膜组合物对水分子和水中的K⁺具有高渗透率，而对水中的Na⁺具有低渗透率。在另一种实施方式中，所述纳米膜组合物对水分子和水中的Na⁺具有高渗透率，并对水中的K⁺具有低渗透率。在另一种实施方式中，所述纳米膜组合物对水中的Li⁺、Ca²⁺和Mg²⁺、脲、肌酸酐具有低渗透率。在另一种实施方式中，所述纳米膜组合物对水中的Na⁺、K⁺、磷酸氢根和磷酸二氢根具有高渗透率。在另一种实施方式中，所述纳米膜组合物对水中的Na⁺、K⁺和葡萄糖具有高渗透率。在另一种实施方式中，所述纳米膜组合物对水中的肌红蛋白、卵清蛋白和清蛋白具有低渗透率。在另一种实施方式中，所述纳米膜组合物对有机化合物具有高渗透率并对水具有低渗透率。在另一种实施方式中，所述纳米膜组合物对有机化合物具有低渗透率并对水具有高渗透率。在另一种实施方式中，所述纳米膜组合物对水分子具有低渗透率并对氦气和氢气具有高渗透率。

纳米膜组合物可具有分子量截留值。在一种实施方式中，所述纳米膜组合物具有约13kDa的分子量截留值。在另一种实施方式中，所述纳米膜组合物具有约190Da的分子量截留值。在另一种实施方式中，所述纳米膜组合物具有约100Da的分子量截留值。在另一种实施方式中，所述纳米膜组合物具有约45Da的分子量截留值。在另一种实施方式中，所述纳米膜组合物具有约20Da的分子量截留值。

另一方面，本发明提供了包含在有机溶剂中大环结构体体和至少一种聚合组分的混合物的组合物。

另一方面，本发明提供了包含大环结构体体和至少一种聚合组分的反应产物的薄膜的组合物，其中所述组合物通过其中包括使所述大环结构体体与所述至少一种聚合组分在空气-液体或液体-液体界面处接触的方法而制备。

另一方面，本发明提供了制备纳米膜组合物的方法。在一种实施方式中，一种用于制备包含大环结构体与至少一种聚合组分的反应产物的纳米膜组合物的方法包括：(a)提供大环结构体与至少一种聚合组分的混合物；和(b)将所述混合物在空气-液体或液体-液体界面处形成薄膜。在某些实施方式中，所述聚合组分是可聚合的，其还包括将所述聚合组分于所述空气-液体或液体-液体界面处聚合。在另一种实施方式中，一种用于制备包含大环结构体与至少一种聚合组分的反应产物的纳米膜组合物的方法包括：(a)提供含有所述至少一种聚合组分的亚相(subphase)；和(b)将大环结构体与该亚相的表面接触。在某些实施方式中，所述方法进一步包括：(c)将连接分子与该亚相的表面接触。在另一种实施方式中，一种用于制备包含大环结构体与至少一种聚合组分的反应产物的纳米膜组合物的方法包括：(a)提供包含所述大环结构体的第一液相；(b)提供包含所述至少一种聚合组分的第二液相；和(c)由所述第一液相和第二液相形成液体-液体界面。

在某些实施方式中，所述纳米膜组合物可通过旋转涂布、喷涂、浸涂、接枝、浇铸、相转换、电镀或刮涂(knife-edge coating)方法制备。

本发明的另一方面在于提供使用这里所述纳米膜组合物的过滤方法。在一种实施方式中，所述方法包括使用所述纳米膜组合物从流体中分离一种或多种组分。在另一种实施方式中，所述方法包括使用所述纳米膜组合物从至少两种气体的混合物中分离一种或多种组分。

附图简述

图1(A-C)说明了Hexamer 1dh和马来酸酐-1-十八碳烯交替共聚物(PMAOD)的纳米膜的椭圆偏光图像实例。

图2(A-C)说明了在不同溶剂中超声处理后的Hexamer 1dh和PMAOD纳米膜的椭圆偏光图像实例。

图3(A-D)说明了Hexamer 1dh和PMAOD纳米膜的表面流变储能和损耗模量实例。

图4(A-D)说明了在聚碳酸酯基体上的Hexamer 1dh和PMAOD纳米膜的扫描电镜显微照片实例。

图5(A-B)说明了聚碳酸酯基体的扫描电镜显微照片实例。

图6说明了PMAOD的纳米膜CHCl₃清洗物的衰减全反射傅里叶变换红外(FTIR-ATR)光谱实例。

图7说明了Hexamer 1dh的FTIR-ATR光谱实例。

图8说明了Hexamer 1dh和PMAOD的纳米膜的CHCl₃清洗物的FTIR-ATR光谱实例。

图9说明了在包含二乙基丙二酰亚胺(DEM)的水亚相上制备的Hexamer 1dh纳米膜的CHCl₃清洗物的FTIR-ATR光谱实例。

图10说明了在包含DEM的水亚相上制备的Hexamer 1dh和PMAOD的纳米膜的CHCl₃清洗物的FTIR-ATR光谱实例。

图11说明了聚碳酸酯基体的原子力显微镜(AFM)图像实例。

图12(A-B)说明了在(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷(APTES)改性的SiO₂基体上的Hexamer 1dh和PMAOD的纳米膜的AFM图像实例。

图13说明了在包含DEM的水亚相上制备的沉积在聚碳酸酯基体上的Hexamer 1dh和PMAOD的纳米膜的AFM图像实例。

图14说明了十八胺(ODA)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的纳米膜的表面压力-面积等温线实例。

图15说明了ODA和PMAOD纳米膜的表面压力-面积等温线实例。

图16说明了在硅基体上Hexamer 1dh和PMMA的纳米膜的AFM图像实例。

图17说明了在包含2mg/ml DEM的亚相上制备的Hexamer1dh和PMAOD的纳米膜的表面流变储能和损耗模量实例。

图18说明了与在基本亚相上制备的PGM纳米膜相比在包含1％乙二胺的亚相上制备的聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PGM)的纳米膜的表面流变储能和损耗模量实例。

图19A和19B显示了Hexamer大环结构体实施方式的结构的代表实例。

图20A显示了Hexamer大环结构体实施方式的Langmuir等温线实例。

图20B显示了Hexamer大环结构体实施方式的等压蠕变实例。

图21A显示了Hexamer大环结构体实施方式的Langmuir等温线实例。

图21B显示了Hexamer大环结构体实施方式的等压蠕变实例。

发明详述

定义

正如本文所用，术语″反应产物″指的是由所述组分形成的产物。在形成反应产物中的组分之间可以出现或可以不出现偶联。在形成反应产物中聚合组分可以聚合或者不可以聚合。在一个非限定实例中，包含大环结构体与聚合组分的反应产物的纳米膜可以具有在所述结构之间的偶联，和/或在所述结构与所述聚合组分之间的偶联，和/或在所述聚合组分之间的偶联，或者可以根本不具有偶联。在某些情况下，所述聚合组分是聚合的。所述聚合组分可以全部或部分聚合。作为选择，所述聚合组分不可以聚合。

正如本文所用，术语″合成子″指的是由其可制得大环结构体的单体分子单元；大环结构体是偶联合成子的闭合环。合成子和大环结构体的结构和合成方法在下文中作了更加详细的描述。

正如本文所用，术语″聚合物″和″聚合分子″指的是聚合物或主要是聚合物的分子，但是其可以具有一些非聚合物原子或物种连接于其上。术语聚合物包括共聚物、三元共聚物和包含任何数量的不同单体的聚合物。

正如本文所用，术语″聚合组分″指的是呈聚合物的分子或物种或者可通过聚合形成聚合物的分子或物种。可聚合的单体或可聚合的分子可以是聚合组分。在某些情况下，所述聚合组分可以是两性的。

正如本文所用，″可聚合″表示可以在制备纳米膜的反应条件下聚合的分子物种。这里使用″不可聚合″表示在制备纳米膜的反应条件下不会聚合的分子物种。在一组反应条件下不可聚合物种可以在另一组反应条件下是可聚合的。

正如本文所用，术语″两亲物″或″两性″指的是同时表现出亲水性和亲油性的分子或物种。通常，两亲物包含亲油部分和亲水部分。术语″亲油″和″疏水″在本文中是可以相互替换的。两亲物可形成Langmuir膜。两亲物可以是可聚合的。作为选择，所述两亲物可以是不可聚合的。

疏水基团或疏水部分的非限定实例包括低级烷基、具有7、8、9、10、11、12或更多碳原子的烷基(其中包括具有14～30或30或更多碳原子的烷基)、取代烷基、烯基、炔基、芳基、取代芳基、饱和或不饱和环状烃、杂芳基、杂芳基烷基、杂环和相应取代的基团。疏水基团可以包含一些不致于胜过所述基团疏水特性的亲水基团或取代基。在其他方案中，疏水基团可以包括取代的硅原子，并可以包括氟原子。亲油基团可以是线型的、支化的或环状的。

可以与合成子或大环结构体偶联作为亲油基团的基团的非限定实例包括烷基、-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。

亲水基团或部分的非限定实例包括羟基、甲氧基、苯酚、羧酸及其盐、羧酸的甲基酯、乙基酯和乙烯基酯、酰胺、氨基、氰基、异氰基、腈、铵盐、锍盐、鏻盐、一烷基和二烷基取代的氨基、聚丙二醇、聚乙二醇、环氧基、丙烯酸酯、磺酰胺、硝基、-OP(O)(OCH₂CH₂N⁺RR’R”)O^-、胍盐、胺化产物、丙烯酰胺、吡啶鎓、哌啶和其组合，其中R、R’和R”彼此独立地选自H或烷基。亲水基团可以包含一些不致于胜过所述基团亲水特性的疏水基团或取代基。其他的实例包括用醇、羧酸酯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或其中y是1-6的基团 取代的聚亚甲基链。亲水部分还可以包括具有内氨基或取代氨基(例如内部的-NH-、-NC(O)R-或-NC(O)CH＝CH₂-基团)的烷基链。亲水部分还可以包括聚己内酯、聚己内酯二醇、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)。

正如本文所用，有关分子部分或物种、聚合组分、合成子和大环结构体的术语″偶联″和″偶联的″指的是它们与其它分子部分或物种、分子、合成子或大环结构体的连接或缔合作用。所述连接或缔合作用可以是特定或非定殊的可逆或不可逆的化学反应结果或配位作用。通过偶联反应形成的键经常是共价键、或极性-共价键或混合的离子共价键，并且有时可以是库仑力、离子力或相互作用、或者静电力或相互作用。在某些优选的实施方式中，通过偶联反应形成的键是共价的。

正如本文所用，化学式中的术语R、R’、R”和R_指的是彼此独立地选择的氢或官能团，另有说明除外。在某些优选实施方式中，所述官能团可以是有机基团。

正如本文所用，术语″官能团″包括但是不限于化学基团、有机基团、无机基团、有机金属基团、芳基、杂芳基、环状烃基、氨基(-NH₂)、羟基(-OH)、氰基(-C≡N)、硝基(-NO₂)、羧基(-COOH)、甲酰基(-CHO)、酮基(-CH₂C(O)CH₂-)、烯基(-C＝C-)、炔基(-C≡C-)和卤素(F、Cl、Br和I)基团。在某些实施方式中，所述官能团是有机基团。

正如本文所用，术语″烷基″指的是支化或未支化的一价烃基。″n-mC″烷基或″(nC-mC)烷基″指的是包含n～m个碳原子的所有烷基。例如1～4C烷基指的是甲基、乙基、丙基或丁基。所述烷基的所有可能的异构体也包括在内。因此，丙基包括异丙基，丁基包括正丁基、异丁基和叔丁基等。具有1～6个碳原子的烷基被称为低级烷基。术语烷基包括取代烷基。正如本文所用，术语″取代烷基″指的是具有连接于该烷基的任何碳上的一个或多个附加基团的烷基。连接于取代烷基的附加基团可以包括一个或多个官能团，例如烷基、低级烷基、芳基、酰基、卤素、烷基卤(alkylhalo)、羟基、氨基、烃氧基、烷基氨基、酰氨基、酰氧基、芳氧基、芳氧基烷基、巯基、饱和和不饱和的环状烃、杂环等。

正如本文所用，术语″烯基″指的是具有不饱和C＝C的任何结构或部分。正如本文所用，术语″炔基″指的是具有不饱和C≡C的任何结构或部分。

正如本文所用，术语″芳基″指的是芳族基团，其可以是单芳环或稠合在一起的多芳环、通过共价键连接的多芳环或者连接至共有基团(如亚甲基、亚乙基或羰基)上的多芳环，并且其包括多核环结构。一个芳环或多个芳环可包括取代的或未取代的苯基、萘基、联苯基、二苯甲基、二苯酮等。所述术语“芳基”包括取代芳基。

正如本文所用，术语“取代芳基”指的是具有一个或多个连接于该芳基的任何碳上的附加基团的芳基。所述附加基团可以包括一个或多个官能团，例如低级烷基、芳基、酰基、卤素、烷基卤、羟基、氨基、烃氧基、烷基氨基、酰氨基、酰氧基、芳氧基、芳氧基烷基、硫醚、杂环、与所述芳环稠合的饱和和不饱和的环状烃、通过共价键连接的饱和和不饱和的环状烃或者连接至共有基团(如亚甲基或亚乙基、羰基连接基团如环己基苯基酮中的)上的饱和和不饱和的环状烃。

正如本文所用，术语“杂芳基”指的是其中一个或多个芳环碳原子被杂原子如氮、氧或硫取代的芳环。杂芳基指的是可以包括单芳环、多芳环、或与一个或多个非芳环偶联的一个或多个芳环的结构。其包括具有多环的结构，其中所述多环是稠合或非稠合的、通过共价连接的、或者连接至共有基团如亚甲基或亚乙基的、或者连接至羰基如苯基吡啶基酮中的。正如本文所用，所述术语“杂芳基”包括环类如噻吩、吡啶、异噁唑、苯邻二甲酰亚胺、吡唑、吲哚、呋喃、或这些环的苯并-稠合类似物。

正如本文所用，术语“酰基”指的是羰基取代基-C(O)R，其中R是烷基或取代烷基、芳基或取代芳基，当R是烷基时其可以称为烷酰基取代基。

正如本文所用，术语“氨基”指的是基团-NRR′，其中R和R′可独立地是氢、低级烷基、取代的低级烷基、芳基、取代芳基或酰基。

正如本文所用，术语“烃氧基”指的是-OR基团，其中R是烷基、取代的低级烷基、芳基、取代的芳基。烃氧基包括，例如甲氧基、乙氧基、苯氧基、取代的苯氧基、苄氧基、苯乙氧基、叔丁氧基等。

正如本文所用，术语“硫醚”指的是通式结构R-S-R′，其中R和R’是相同或不同的，并可以是烷基、芳基或杂环基。基团-SH也可以称作“硫氢基”或“硫醇”或“巯基”。

正如本文所用，术语“饱和环状烃”指的是环结构，例如环丙基、环丁基、环戊基等，其中包括取代基团。饱和环状烃的取代基包括用杂原子如氮、氧或硫取代一个或多个环碳原子。饱和环状烃包括二环结构如二环庚烷和二环辛烷，以及多环结构。

正如本文所用，术语“不饱和环状烃”指的是具有至少一个双键的非芳族环状基团，例如环戊烯基、环己烯基等，其中包括取代的基团。不饱和环状烃的取代基包括用杂原子如氮、氧或硫取代一个或多个环碳原子。不饱和环状烃包括二环结构如二环庚烯和二环辛烯，以及多环结构。

正如本文所用，术语“环状烃”包括取代的和未取代的、饱和和不饱和的环状烃，并包括单环和多环结构。

正如本文所用，术语″杂芳基烷基″指的是其中杂芳基通过烷基连接的烷基。

正如本文所用，术语“杂环”指的是具有单环或在环中含有1～12个碳原子和1～4个选自氮、磷、硫或氧的杂原子的多个稠环的饱和或不饱和的非芳族基团。杂环的实例包括四氢呋喃、吗啉、哌啶、吡咯烷等。

正如本文所用，前文特别描述的每个化学术语都包括相应的取代基团。例如，术语“杂环”包括取代的杂环基团。

正如本文所用，术语“活化酸”指的是-C(O)X部分，其中X是离去基团，所述X基团容易被亲核试剂替代以在-C(O)-与亲核试剂之间形成共价键。活化酸的实例包括酸氯化物、酸氟化物、对硝基苯基酯、五氟苯基酯和N-羟基琥珀酰亚胺酯。

正如本文所用，术语“氨基酸残基”指的是当包含至少一个氨基(-NH₂)和至少一个羧基(-C(O)O-)的物种通过其氨基或羧基与合成子的官能团或原子偶联时形成的产物。偶联方式中未涉及的氨基或羧基中任何一个都可选择地用可除去的保护基封闭。

纳米膜组分

一方面，本发明以不同的方式涉及制备具有原子至分子尺寸孔隙的多孔结构和材料的纳米技术。诸如纳米膜组合物的材料可以由大环结构体形成。纳米膜组合物也可以由大环结构体与一种或多种聚合组分组合而形成。纳米膜组合物还可以由聚合物和两亲物形成，其中所述两亲物可以是可聚合的或不可聚合的。纳米膜组合物还可以由已经通过连接体偶联的聚合组分形成。在某些实施方式中，孔隙可以通过纳米膜的结构提供。在某些实施方式中，孔隙通过大环结构体的结构提供。

在某些变换方案中，所述纳米膜由偶联的大环结构体制成，其中所述大环结构体还可以与一种或多种聚合组分偶联。在其他变换方案中，所述纳米膜包含两性分子，其可选择地与任何其他组分偶联。这些两性分子可以是可聚合的或不可聚合的。应该理解的是，“不可聚合的”两亲物是在制备所述纳米膜的反应条件下不可聚合的。

纳米膜可以用不同结构的混合物、或者用大环结构体、两性分子和/或聚合组分的混合物制备。正如本文所述，在这些变换方案中，所述聚合组分可以混合、聚集、或与所述大环结构体和两性分子相分离，如本文所述的。以不同结构体和/或两性分子制得的具有一种或多种聚合组分的纳米膜也可以具有多种尺寸孔隙的交替排列。

这些材料可以具有其中存在独特结构的区域。所述独特结构可以规则的间隔重复，从而提供具有大体均匀尺寸的孔隙网络。所述独特结构可以具有多种形状或尺寸，由此提供多种形状和尺寸的孔隙。由于所述独特结构可以分子厚度的单层形成，因此由该独特结构限定的孔隙可以包括分子大小的空腔、开孔或室状结构。一般而言，由那些独特结构限定的原子至分子尺寸的孔隙可用于选择性渗透或分子筛分功能。纳米技术的某些方面描述于Nanostructured Materials，J.Ying，ED.，Academic Press，San Diego，2001。

所述纳米膜具有一种或多种聚合组分。这些纳米膜可以具有主要由一种或多种聚合组分组成的区域。在某些情况下，所述聚合组分起增塑剂的作用。在某些情况下，主要由一种或多种聚合组分组成的区域可形成对流体、小分子、生物分子、溶剂分子或离子渗透的阻隔体。在另外的情况下，所述纳米膜的孔隙率通过聚合组分的交联类型和程度来控制。

所述纳米膜可以显示多种结构特征和性能，例如无定形、玻璃质、半晶体或晶体结构以及弹性、柔韧性、热塑性或形变性能。

不同组分例如结构体和聚合组分可沉积在表面上以形成纳米膜。大环结构体可通过在所述结构体上提供赋予该结构体两性特征的官能团而在表面上取向。例如，当所述结构体沉积在亲水表面上时，连接于该结构体上的疏水基团或疏水尾可导致该结构体在该表面上重新取向，以致疏水取代基远离该表面取向，从而使得该结构体的更加亲水面朝着该表面取向。其他组分也可选择地以类似的方式通过向所述组分提供两性基团而使其在所述表面上取向。

分子在表面上的构象可取决于其中分子存在于所述表面上的相或层的荷载、密度或状态。可用于使结构体或其他分子取向的表面包括界面，例如气-液、空气-水、不可混溶的液-液、液-固或气-固界面。在某些情况下，所述取向层的厚度可以是大体上呈单分子层的厚度。

所述纳米膜的组成可以是固体、凝胶或液体。所述纳米膜的结构体可以处于膨胀状态、液态或液体膨胀状态。所述纳米膜的结构体的状态可以是凝聚的、液体-凝聚的、塌陷的(collapsed)、或可以是固相或紧密堆积态。所述纳米膜的结构体和/或其他组分可以通过弱吸引力而彼此相互作用。作为选择，他们可以通过例如共价键偶联。例如，由表面取向的大环结构体制备的纳米膜的结构体不需要通过任何强相互作用或偶联作用进行连接。作为选择，例如，所述纳米膜的结构体可通过例如共价键连接。

本发明还包括分子或大环结构体的合理设计，所述分子或大环结构体可以组装成“结构单元”用于进一步组装成较大物种。可以使用标准化的分子亚单元或结构体，由其可以组装出具有预定性能的分级分子。偶联反应可以在定向合成中用于结合或连接结构体。

从一系列合成子开始制备大环结构体的方法已经描述于美国专利申请No.10/071,377和10/226,400以及于2003年2月7日递交的题为“Macrocyclic module compositions”的PCT申请中，其中全部内容通过引用并入本文。从一系列用于制得大环结构体(这些大环结构体被结合用于制备纳米膜)的合成子开始组装分子结构单元的方法已经在于2002年5月22日递交的美国系列申请No.60/383,236和于2003年2月7日递交的题为“Nanofilm and Membrane Compositions”的美国专利申请中描述，其中全部内容通过引用并入本文。合成子、大环结构体和两性大环结构体的实例和合成方法将在下文中进一步描述。

适合作为分子结构单元的结构体实例示于表1中。

                 表1：大环结构体的实例

纳米膜聚合组分

一方面，本发明以不同的方式涉及具有聚合组分的纳米膜组合物。聚合组分可以被引入其中包含大环结构体的纳米膜组合物中。纳米膜组合物也可以由通过连接分子偶联的聚合组分制备。纳米膜组合物还可以由聚合组分和两性分子制备，其中所述两性分子可选择地是可聚合的。

聚合组分是可聚合物种、或由单体组成的任何分子量的聚合物或大分子。可聚合物种包括单体和聚合物，所述单体为可在聚合物中重复的分子，其中所述单体或聚合物具有可聚合或可交联的基团。任何聚合组分、可聚合物种、聚合物或单体也可以是两性的。聚合组分的实例包括有机聚合物、热塑性塑料、合成和天然橡胶、导电聚合物、合成和天然生物聚合物以及无机聚合物。本发明聚合组分的实例包括包含选自H、C、N、O、S、F和Cl原子的有机聚合物。

所述聚合组分可以是均聚物、或者混合的嵌段或接枝共聚物。混合聚合物、嵌段聚合物以及共聚物包含具有两个、三个或更多不同单体的大分子。所述聚合组分可具有构成这里所述的任何实例聚合物的单体或聚合物的任何组合，或可以是聚合物的混合。聚合组分的混合物可用于本发明的变换方案中。聚合物的实例包括线型或支化的、侧链支化的、或支化梳状聚合物。聚合物可以呈星状、树枝状、或者包括不同组分的微管、圆柱或纳米管在内的形式。聚合物支链可以是长链支链或短链支链。所述聚合物可以通过合成方法制备，或由天然来源获得。

当引入用于形成纳米膜的混合物时聚合组分可以是聚合物。在某些变换方案中，当引入用于形成纳米膜的混合物时已经呈聚合物形式的聚合组分可以具有两性特征。具有两性特征的聚合物可以在水中比在有机溶剂中更易溶解，或者反之亦然。在某些变换方案中，聚合组分可以是具有极性基团和两性特征的水溶性聚合物。

在另外的方案中，当引入用于形成纳米膜的混合物时所述聚合组分可以呈可聚合分子形式。用于制备纳米膜的可聚合分子包括单体。在某些变换方案中，用于制备纳米膜的可聚合分子可具有两性特征。所述纳米膜的聚合组分可以在由大环结构体和/或其他组分制备纳米膜的过程中原位形成。所述纳米膜的聚合组分的原位形成可以通过使多组分混合物中的单体或可聚合的两亲物聚合而实现。

聚合组分的实例包括聚(马来酸酐)、马来酸酐的共聚物、聚(乙烯-马来酸酐)、聚(马来酸酐-α烯烃)、聚丙烯酸酯、具有丙烯酸酯侧基的聚合物或共聚物、具有氧杂环丙烷侧基的聚合物或共聚物、聚乙烯酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、聚苯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚四氟乙烯、聚烯烃、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物、聚异戊二烯、neopropene、聚苯胺、聚乙炔、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、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、聚乙醇酸、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚酯、聚酯离聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚碳酸酯、聚山梨醇酯、多熔素、多肽、聚(氨基酸)、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乳酸、凝胶、水凝胶、碳水化合物、多糖、琼脂糖、直链淀粉、支链淀粉、糖原、葡聚糖、纤维素、纤维素乙酸酯、甲壳质、壳聚糖、肽聚糖和粘多糖。聚合组分的实例还包括前述实例聚合物的氨基支化的、氨基取代的和氨基封端的衍生物。聚合组分的其他实例包括多核苷酸、合成或天然的多核苷酸，例如聚(T)和聚(A)、核酸以及蛋白聚糖、糖蛋白和糖脂类。

为可聚合单体的聚合组分的实例包括乙烯基卤化物如氯乙烯；亚乙烯基单体如偏二氯乙烯；不饱和羧酸如丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、衣康酸和它们的盐；丙烯酸酯如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸甲氧基乙酯、丙烯酸苯基酯和丙烯酸环己酯；甲基丙烯酸酯，例如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸苯基酯和甲基丙烯酸环己酯；不饱和酮，例如甲基乙烯基酮、乙基乙烯基酮、苯基乙烯基酮、甲基异丁烯基酮和甲基异丙烯基酮；乙烯基酯，例如甲酸乙烯酯、乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、苯甲酸乙烯酯、一氯乙酸乙烯酯、二氯乙酸乙烯酯和三氯乙酸乙烯酯、一氟乙酸乙烯酯、二氟乙酸乙烯酯和三氟乙酸乙烯酯；乙烯基醚，例如甲基乙烯基醚和乙基乙烯基醚；丙烯酰胺及其烷基取代的化合物；包含乙烯基的酸化合物及其盐、酸酐和其衍生物，例如乙烯基磺酸、烯丙基磺酸、甲代烯丙基磺酸、苯乙烯磺酸、2-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸、甲基丙烯酸磺丙酯、乙烯基硬脂酸和乙烯基亚磺酸；苯乙烯或其烷基-或卤素-取代的化合物，例如苯乙烯、甲基苯乙烯和氯苯乙烯；烯丙基醇或其醚或其酯；乙烯基酰亚胺，例如N-乙烯基苯邻二甲酰亚胺和N-乙烯基琥珀酰亚胺；碱性乙烯基化合物，例如乙烯基吡啶、乙烯基咪唑、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯、N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基咔唑和乙烯基吡啶；不饱和醛，例如丙烯醛和2-甲基丙烯醛；和交联乙烯基化合物，例如甲基丙烯酸缩水甘油酯、N-羟甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯、异氰脲酸三烯丙基酯、氰脲酸三烯丙基酯、二乙烯基苯、二丙烯酸乙二醇酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、二丙烯酸二甘醇酯、二异丁烯酸二甘醇酯、二丙烯酸三甘醇酯、二异丁烯酸三甘醇酯、三丙烯酸三羟甲基丙烷酯、三异丁烯酸三羟甲基丙烷酯和亚甲基双丙烯酰胺。

为可聚合两亲物的聚合组分实例包括乙烯基卤化物、亚乙烯基卤化物、不饱和羧酸及其盐的长链烷基衍生物、丙烯酸酯类、甲基丙烯酸酯类、不饱和酮、乙烯基酯、乙烯基醚、丙烯酰胺类、含乙烯基的酸化合物、酸酐、苯乙烯类、烯丙基醇或其酯或醚、乙烯基酰亚胺类、乙烯基化合物、不饱和醛和乙烯基化合物。为可聚合两亲物的聚合组分实例一般包括两性丙烯酸酯、两性丙烯酰胺、两性乙烯基酯、两性苯胺类、两性二炔、两性二烯、两性丙烯酸、两性烯类、两性肉桂酸类、两性氨基酯和两性环氧烷。为可聚合两亲物的聚合组分的其他实例包括两性胺类、两性二酯、两性二元酸、两性二元醇、两性多元醇和两性双环氧化合物，其中任何一种可以与连接分子偶联。

优选的聚合组分包括聚(马来酸酐-α烯烃)、PMAOD、PMMA、聚(甲基丙烯酸2-羟乙基酯)(PHEMA)、PGM、聚乙烯亚胺(PEI)和CH₂＝CHC(O)OCH₂CH₂OH。可用于本发明纳米膜的其他优选聚合组分包括下表5～9中描述的那些。在某些实施方式中，所述聚合组分是聚(马来酸酐-α烯烃)。在某些实施方式中，所述聚合组分是PMAOD。在某些实施方式中，所述聚合组分是PMMA。在某些实施方式中，所述聚合组分是PHEMA。在某些实施方式中，所述聚合组分是PGM。在某些实施方式中，所述聚合组分是PEI。在某些实施方式中，所述聚合组分是CH₂＝CHC(O)OCH₂CH₂OH。

聚合组分可具有与纳米膜的其他物种或组分偶联的原子或一组原子。在纳米膜中所述聚合组分与其他物种的偶联可以是完全或不完全的。所述聚合组分可以偶联至大环结构体或连接分子、或偶联至其他聚合组分、或偶联至其他物种如两亲物或单体。大环结构体、连接分子或其他物种的偶联可以是与所述聚合组分微区的偶联，其出现在所述微区的界面或表面。两性分子的纳米膜

两性分子可以在朗缪尔型槽于表面如空气-水界面上取向，并可以压缩形成朗缪尔薄膜。所述朗缪尔薄膜的两性分子可以彼此偶联或与其他组分偶联，并可形成大体上单分子层的薄膜材料。

所述两性分子的极性基团的非限定实例包括酰胺、氨基、酯、-SH、丙烯酸酯、丙烯酰胺、环氧基、-OH、-OCH₃、-NH₂、-CN、-NO₂、-N⁺RR’R”、-SO₃ ^-、-OPO₂ ^2-、-OC(O)CH＝CH₂、-SO₂NH₂、-SO₂NRR’、-OP(O)(OCH₂CH₂N⁺RR’R”)O、-C(O)OH、-C(O)O^-、胍盐、胺化物、吡啶鎓、-C(O)OCH₃、-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，以及亲水性基团。所述极性基团可通过偶联反应偶联在一起以形成薄膜材料。所述两性分子的极性基团可彼此直接连接。例如，硫氢基可偶联形成二硫键，或具有酯基和氨基的极性基团可以通过酰氨键偶联至所述两性分子。所述偶联作用可以连接超过两个两性分子，例如通过延长的酰氨键。所述两性分子的极性基团还可通过连接分子彼此连接。例如，氨基可通过曼尼希反应与甲醛偶联。所述纳米膜的一部分两性分子可以偶联，而其余的不偶联。所述纳米膜的两性分子(包括偶联的和不偶联的)也都可以通过弱的非键合或键合相互作用(如氢键)和其他相互作用发生相互作用。

所述两性分子的疏水尾可以是任何长度，并且有时为约1到28个碳原子。所述两性分子的疏水尾的实例包括可连接于大环结构体以赋予该结构体两性特征的疏水基团。

优选的可聚合的两亲物包括两性丙烯酸酯、两性丙烯酰胺、两性乙烯基酯、两性苯胺类、两性二炔、两性二烯、两性丙烯酸类、两性烯类、两性肉桂酸类、两性氨基酯、两性环氧烷、两性胺类、两性二酯、两性二元酸、两性二元醇、两性多元醇和两性双环氧化合物。

优选的不可聚合的两亲物包括癸胺和硬脂酸。应当理解的是，当它们在制备纳米膜的条件下不可聚合时它们是“不可聚合的两亲物”。当它们包含在其他纳米膜中时它们可能被认为是可聚合的两亲物，其中那些纳米膜的制备条件可导致所述两亲物聚合。

在某些实施方式中，所述两亲物可以是十八胺(ODA)。在某些实施方式中，所述两亲物可以是十七烷酸甲酯(MHD)。在某些实施方式中，所述两亲物可以是N-十八烷基丙烯酰胺(ODAA)。在某些实施方式中，所述两亲物可以是癸胺。在某些实施方式中，所述两亲物可以是硬脂酸。在某些实施方式中，所述两亲物可以是硬脂酸的甲基酯。在某些实施方式中，所述两亲物可以是二十烷醇和其他长链醇。优选两亲物的其他实例可见于实施例和表5-9。

在通过使两性分子偶联制备的纳米膜的结构中发现了孔隙和阻隔性能。所述孔隙和阻隔性能可通过所述两性分子的偶联或相互作用的程度和范围(例如通过连接分子的长度)而改变。

大环结构体和其他组分的偶联

在表面上取向的大环结构体和/或其他组分可以偶联形成薄层结构或纳米膜。例如，表面取向的结构体可以以二维阵列偶联而形成大体上单分子层的纳米膜。所述二维阵列贯穿该薄层结构一般为一个分子厚，并且可因物理和化学力而发生局部变化。通过在偶联之前或期间使所述结构体和/或其他组分在表面上取向，可实现所述结构体和/或其它组分的偶联以形成大体上二维薄膜。一般而言，两性组分可以在表面上取向。通常可将水溶性组分加入所述亚相以形成纳米膜。组分也可以在于表面取向之前混合。

大环结构体可制备具有允许该结构体偶联的官能团。通过结构体偶联形成的产物的特性在一种变换方案中取决于所述官能团相对于所述结构体结构的相对取向，而在其他变换方案中取决于在可彼此形成共价键、非共价键或其他键合连接的不同结构体上的互补官能团的排列。

在某些变换方案中，大环结构体包含与其它大环结构体的互补官能团直接偶联以在大环结构体之间形成连接键的官能团。所述官能团在某些情况下可以在偶联之前或之后为该结构体的两性特征作出贡献，并且可以以共价或非共价方式连接于该结构体。在某些实施方式中，所述官能团共价连接至所述结构体。所述官能团可以在该结构体于所述表面上取向之前、期间或之后连接至所述结构体。

在其他变换方案中，大环结构体包含与聚合组分和/或其他组分偶联的官能团。大环结构体可以制备具有与聚合和/或其他组分的互补官能团偶联以形成连接键的官能团。大环结构体和这些其他组分之间的偶联可以是直接的或可以通过连接分子而表现。

在其他变换方案中，诸如聚合组分和两亲物组分也可以包含用于与其自身或其它组分偶联的官能团，例如将聚合组分与另一个聚合组分偶联，或将聚合组分与两性组分偶联。所述官能团可以在所述组分于表面或亚相上取向之前、期间或之后连接至该组分。在某些情况下，所述官能团在偶联之前或之后赋予该组分两性特征。

在由大环结构体和/或其他组分制备纳米膜中，可以在大环结构体之间形成一个或多个偶联建，并且偶联作用可出现在大环结构体和其他组分之间。在某些变换方案中，偶联作用还可以出现在其他组分之间，例如在两性基团与聚合组分之间。在例如大环结构体之间或大环结构体与另一种组分之间形成的键可以是来自每种分子的一个官能团偶联的结果。例如，第一大环结构体的羟基可以与第二大环结构体的酸基团或酰卤基团偶联以在所述两个大环结构体之间形成酯键。另一个实例是由一个大环结构体上的醛基(-CH＝O)与另一个大环结构体上的氨基(-NH2)反应形成的亚胺键-CH＝N-。大环结构体之间或大环结构体与其他组分之间的键的实例列于表2。

    表2：官能团和所形成键的实例

官能团A	官能团B	所形成的键
			-NH2	-C(O)H	-N＝CH-
-NH2	-CO2H	-NHC(O)-
			-NHR	-CO2H	-NRC(O)-
-OH	-CO2H	-OC(O)-
			-X	-ONa	-O-
-SH	-SH	-S-S-
			-X	-(NR)Li	-NR-
-X	-SNa	-S-

在表2中，R和R’代表氢或烷基，X是卤素或其他优良的离去基团。应该理解的是，表2中包括的官能团还可以用于连接结构体与另一种组分如聚合组分，并且还可以用于将非结构体组分连接在一起，例如将聚合组分与另一种聚合组分连接，或将聚合组分与两性组分连接。

在另一种变换方案中，大环结构体可以具有用于偶联至其他大环结构体的官能团，其中所述官能团在初步制备该结构体的闭合环之后偶联至该大环结构体。例如，在大环结构体的合成子之间的胺键可以被多种官能团中的一种取代以生成取代键。具有用于偶联其他大环结构体的官能团的大环结构体的合成子之间的此类键列于表3。

             表3：大环结构体的键的实例

在表3中，X是卤素，Q代表大环结构体中的合成子。

参考表3，大环结构体的取代键可以与另一个结构体的取代键偶联。在某些变换方案中，这些键的偶联通过引发2+2环加成反应而实现。例如，丙烯酰胺键可通过2+2环加成偶联产生

在其他变换方案中，这些活性取代键的偶联可以通过其他化学、热、光化学、电化学和辐射方法引发以提供多种偶联结构。应该理解的是，表3中包括的形成的取代键和官能团还可以用于连接结构体与另一种组分例如聚合组分，并且还可以用于将非结构体组分连接在一起，如将聚合组分与两性组分连接在一起。

用于在大环结构体和/或其他组分之间形成键的官能团可以通过间隔基与所述结构体或组分分开。间隔基可以是将所述官能团与所述大环结构体或其他组分偶联的任何原子或一组原子，并且其不会干扰键形成反应。间隔基是所述官能团的一部分，并且成为大环结构体和/或其他组分之间键的一部分。间隔基的实例是多聚亚甲基(CH₂)_n-，其中n是1～6。间隔基据说可以扩展大环结构体和/或其他组分之间的键。间隔基的其他实例是亚烷基、芳基、酰基、烃氧基、饱和或不饱和环状烃、杂芳基、杂芳基烷基、杂环和相应取代的基团。间隔基的另外的实例是聚合物、共聚物或低聚物链，例如聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、多糖、多熔素、多肽、聚(氨基酸)、聚乙烯基吡咯烷酮、聚酯、聚丙烯酸酯、多聚胺、多聚亚胺、聚苯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚四氟乙烯、聚异戊二烯、neopropene、聚碳酸酯、聚氯乙稀、聚偏二氯乙烯、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、聚亚砜以及它们的共聚物。聚合物链间隔基结构的实例包括线型、支化、梳状和树枝状聚合物、无规和嵌段共聚物、均聚物和杂聚物、柔性链和刚性链。所述间隔基可以是不会干扰所述键形成的任何基团。间隔基可以大体上长于或短于其连接至的官能团。

大环结构体和/或其他组分彼此间的偶联可以通过所述大环结构体和/或其他组分的官能团与连接分子的偶联而出现。所涉及的官能团可以是例如表2中列举的那些。例如，结构体可以通过连接分子与至少另一个结构体偶联。连接分子是用于偶联至少两个结构体的离散分子物种。每个结构可以具有1-30个或更多的可与连接分子偶联的官能团。连接分子可以具有1-20个或更多的可与例如结构体偶联的官能团。

在一种变换方案中，连接分子中具有至少两个官能团，其中每个都可以与结构体和/或其他组分偶联。在这些变换方案中，连接分子可以包含多种用于偶联结构体和/或其他组分的官能团。表4列出了结构体和连接分子的官能团的非限定实例。

          表4：结构体和连接分子的官能团实例

在表4中，n是1～6，m是1～10，R是-CH₃或-H，R’是-(CH₂)_n-或苯基，R”是-(CH₂)-、聚乙二醇(PEG)或聚丙二醇(PPG)，X是Br、Cl、I或其他优良的离去基团，其中所述离去基团是包含选自碳、氧、氮、卤素、硅、磷、硫和氢原子的有机基团。结构体可以具有表4中列举的多种官能团的组合。应该理解的是，表4中包括的官能团和连接分子还可以用于连接结构体与另一种组分例如聚合组分，并且还可以用于将非结构体组分连接在一起，例如将聚合组分与两性组分连接在一起。优选的连接分子包括DEM和乙二胺。合适的连接分子的其他实例见于实施例和表5-9。

引发所述结构体和/或组分与连接分子偶联的方法包括化学、热、光化学、电化学和辐射方法。

包含偶联的结构体和/或其他组分的纳米膜可通过将结构体和/或其他组分集合中的一种或多种成分偶联在一起、可能与其他大体积或柔性组分偶联以形成薄层纳米膜材料或结构的方式制备。结构体和/或其他组分的偶联可以是完全或不完全的，从而提供适合作为纳米膜组分的多种结构变体。

一般而言，将聚合组分与大环结构体偶联以制备纳米膜可以以互补官能团的许多组合而实现。例如，正如这里所指出的，可通过连接分子与其他大环结构体偶联的大环结构体也可以与具有互补官能团的聚合组分和其他组分偶联。在下表5中列举的用连接分子制备纳米膜的多种方案中，具有氨基官能团的聚合组分例如可以与连接分子偶联并与大环结构体竞争偶联至其他大环结构体。在另一种实施例中，具有氨基官能团的大环结构体可以与聚(乙烯-马来酸酐)偶联以在聚合物内形成马来酰亚胺基团。偶联的不同类型和程度取决于所述聚合组分中官能团的特性。

当可聚合物种的混合物用于制备纳米膜时，所述物种可共聚。共聚可包括偶联至大环结构体的官能团。

纳米膜中偶联结构体的作用可通过一个键或多个键连接两种或更多种组分。所述偶联可以连接超过两个结构体，例如通过分别在两个结构体之间形成的一系列键。每个结构体可以与另一种结构体形成多个键，并且每个结构体可以形成若干类型的键，其中包括表2～4中列举的那些。结构体可具有任意组合的直接键、通过连接分子的键、包含间隔基的键。键可以将结构体的任何部分连接至另一结构体的任何部分。可以根据Bravais晶格理论和对称理论描述一系列键和一系列结构。

所述纳米膜的每个组分的一部分可以偶联，而每个组分的其余部分不偶联。所述纳米膜的组分可以通过例如氢键、范德华力和其他相互作用力发生相互作用。纳米膜中形成的键的排列可用一种对称类型表示，或者可以基本上是无序的。

大环结构体和聚合组分的纳米膜

纳米膜可以由大环结构体与其他组分的混合物制备。所述组分之间的偶联类型和所述混合物的相或微区行为如这里所述可以影响成品纳米膜的组成和性能。这些类型的多组分混合物有时产生相分离或聚集的结构。大环结构体可以参与多种类型的偶联，并且成品纳米膜可以具有多种类型的结构。一方面，本发明涉及将聚合组分引入包含大环结构体的纳米膜中。多种偶联类型可用于制备具有大环结构体和聚合组分的纳米膜。在一种偶联类型中，大环结构体可具有与连接分子偶联但可能不能与聚合组分有效偶联的官能团，其中所述连接分子反过来与另一种大环结构体或其他物种偶联。在该偶联类型中，所述大环结构体与另一种大环结构体的偶联可能比与聚合组分的偶联迅速得多，并且形成其中大环结构体与所述聚合组分之间偶联程度有限的纳米膜。例如，具有氨基官能团的大环结构体可以容易地与连接分子如ClC(O)CH₂C(O)C偶联，但是与某些聚合组分的偶联不是那样容易。

在另一种偶联模式中，大环结构体可以不具有容易偶联至其他组分的官能团。这种类型的一个实例是具有亚胺键和不能容易地与其他大环结构体、聚合组分或其他物种偶联的仅有的烷基取代基的大环结构体。不易与其他物种偶联的大环结构体可与聚合组分形成纳米膜，而在大环结构体和聚合组分之间不存在实质性的偶联。

一方面，本发明涉及使用大环结构体和聚合组分的多组分混合物形成纳米膜，其中所述大环结构体在形成纳米膜中可以不与其他大环结构体或聚合组分直接偶联，并且其中所述大环结构体可以通过连接分子偶联。

用连接分子制备纳米膜的多种方案在表5中作了说明。

表5：由大环结构体与连接分子和聚合组分制备纳米膜的方案

在表5中，R是烷基，n是约3～1,000,000。参考表5，在某些方案中，大环结构体的多组份混合物可包含聚合物或两性聚合物或它们的混合物。在一种方案中，例如具有氨基官能团的大环结构体和不可与水混溶的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)混合。所述大环结构体然后与连接分子C1C(O)CH₂C(O)Cl偶联。在使用所述混合物的方案中，所述大环结构体可以不直接与聚合组分偶联，但是相之间的界面处除外。即使其中所述大环结构体和聚合组分形成单一的连续相，所述大环结构体也可以主要与其他大环结构体偶联。在其中大环结构体和聚合组分发生相分离的纳米膜中，可能存在各微区的表面偶联和其他粘附方式。

在表5列举的其他方案中，用于制备纳米膜的大环结构体的多组分混合物可包含聚合物和/或两性聚合物，并且可以进一步包含可聚合或不可聚合的两性分子、或可聚合的单体或者它们的混合物。

在表5列举的其他方案中，用于制备纳米膜的大环结构体的多组分混合物可以包含可聚合的两亲物或可聚合的单体物种、或它们的混合物。这些纳米膜可选择地包含不可聚合的两性物种。

在表5列举的方案中，用于制备纳米膜的大环结构体的多组分混合物可选择地包含两性分子，该两性分子可具有能够与大环结构体或聚合组分偶联的官能团。

另一方面，本发明涉及使用大环结构体和聚合组分的多组分混合物形成纳米膜，其中所述大环结构体可能不易与所述聚合组分或其他大环结构体偶联。表6列出了制备所述纳米膜的多种方案。

表6：由可能不易偶联的大环结构体制备纳米膜的方案

在表6中，n是约3～约1,000,000。参照表6，在某些方案中，所述大环结构体的多组分混合物可以包含聚合物、两性聚合物或它们的混合物。这些方案中，所述大环结构体可能不易与聚合组分或其他结构体偶联，但是可以与所述聚合组分或其他结构体进行一定程度的偶联。在表6列举的方案中，用于制备纳米膜的大环结构体的多组分混合物可以包含聚合物和/或两性聚合物，并且可以进一步包含两性且可聚合的分子、可聚合的单体或者它们的混合物。

在6列举的其他方案中，用于制备纳米膜的大环结构体的多组分混合物可以包含可聚合的两亲物或可聚合的单体物种、或它们的混合物。这些纳米膜可选择地包含不可聚合的两性物种。

在表6列举的方案中，用于制备纳米膜的大环结构体的多组分混合物可以进一步包含两性分子，该两性分子可具有能够与大环结构体或聚合组分偶联的官能团。

另一方面，本发明涉及使用大环结构体和聚合组分的多组分混合物形成纳米膜，其中所述大环结构体可直接与所述聚合组分或所述其他大环结构体偶联。表7列出了制备所述纳米膜的多种方案。

表7：用可进行直接偶联的大环结构体制备纳米膜的方案

在表7中，R是烷基，n是约3～约1,000,000。参照表7，在某些方案中，所述大环结构体的多组分混合物可以包含聚合物、两性聚合物或它们的混合物。在这些方案中，所述大环结构体可以在某些情况下与聚合组分直接偶联，并且可以形成单相。

在表7列举的其他方案中，用于制备纳米膜的大环结构体的多组分混合物可以包含聚合物和/或两性聚合物，并且可以进一步包含可聚合或不可聚合的两性分子、可聚合的单体或者它们的混合物。

在7列举的其他方案中，用于制备纳米膜的大环结构体的多组分混合物可包含可聚合的两亲物或可聚合的单体物种、或它们的混合物。这些纳米膜可选择地包含不可聚合的两性物种。

在表7列举的方案中，用于制备纳米膜的大环结构体的多组分混合物可以包含两性分子，该两性分子可具有能够与大环结构体或聚合组分偶联的官能团。

其中大环结构体参与形成纳米膜的偶联类型可取决于纳米膜的其他组分的存在。例如具有丙烯酸酯官能团的大环结构体与自身的偶联可以比与具有较低活性基团的聚合组分的偶联迅速得多。

大环结构体可以参予多种类型的偶联。例如，可直接与另一大环结构体偶联的大环结构体也可以通过连接分子与另一大环结构体偶联。两种类型的偶联可以存在于用于制备纳米膜的同一多组分混合物中。

在一种偶联类型中，大环结构体可以具有直接与另一大环结构体的互补官能团偶联的官能团。这种形式的实例是具有丙烯酰胺官能团的大环结构体。在这种偶联类型中，所述大环结构体与另一大环结构体的偶联可以比与任何聚合组分的偶联迅速得多，并且形成其中大环结构体和聚合组分之间的偶联程度有限的纳米膜。

在某些变换方案中，所述聚合组分可具有有效争夺大环结构体的偶联基团的互补官能团。在这些变换方案中，所述大环结构体与另一种大环结构体的偶联可以与所述聚合组分的偶联同样迅速，并且可以形成其中大环结构体自身之间的偶联程度与所述大环结构体和所述聚合组分之间的偶联程度相当的纳米膜。在其他变换方案中，所述大环结构体与所述聚合组分之间的偶联程度可以超过所述大环结构体自身之间的偶联程度。

纳米膜可以通过其中大环结构体与聚合组分直接偶联的多种方法制备。例如，如表7所示，在制备纳米膜之前可以将所述大环结构体和聚合组分溶于有机溶剂并偶联在一起。该方案可在纳米膜中导致基本单一的连续相。在表7所示的另一种变换方案中，所述大环结构体可以在制备纳米膜期间或之后与所述聚合组分偶联。

另一方面，本发明的纳米膜可由具有可直接与聚合组分的互补官能团偶联的官能团的大环结构体形成。在这些变换方案中，所述大环结构体可能不易与其他大环结构体偶联。制备所述纳米膜的方案列于表8。

表8：由与聚合组分偶联的大环结构体制备纳米膜的方案

参照表8，在某些方案中，所述大环结构体的多组分混合物可以包含聚合物、两性聚合物或它们的混合物。在这些方案中，所述大环结构体直接与聚合组分偶联，但是可能不易与其他结构体偶联。

一般而言，对于由直接与聚合组分偶联的大环结构体制备的纳米膜，由大环结构体与聚合组分的偶联形成一种不连续产物。该不连续的结构体-聚合物产物可能在分子结构上与侧基支化的聚合物或接枝聚合物相似。该不连续产物可具有主要单一的连续相。

在表8的一个实例中，大环结构体的合成子之间的仲胺键可偶联至共聚物的羧酸侧基如聚(乙烯-马来酸酐)的二元酸形式。在这些方案中，大环结构体与聚合组分偶联，并且两者均可在水中混溶。所述大环结构体和聚合组分之间的偶联也可以是间接的，并涉及连接分子。

在表8列举的方案中，用于制备纳米膜的大环结构体的多组分混合物中还可以包含两性分子，该两性分子可具有能够与大环结构体或聚合组分偶联的官能团。

两亲物和聚合组分的纳米膜

一方面，本发明涉及向包含两亲物的纳米膜中引入聚合组分。多种类型的偶联可用于制备包含两亲物和聚合组分的纳米膜。

在某些变换方案中，两亲物可以包含可聚合的官能团，例如丙烯酸酯基团。在这些变换方案中，纳米膜的聚合组分可以通过使用多组分混合物与纳米膜一起而原位形成，其中所述多组分混合物包含可聚合的两亲物并且还可选择地包含可聚合的单体。

在其他变换方案中，可以使用不具有可聚合官能团的两性分子。在这些方案中，两亲物可以与聚合物、两性聚合物、可聚合的单体、聚合两亲物或它们的混合物混合以形成具有聚合组分的纳米膜。

在由两亲物的多组分混合物形成纳米膜的过程中，该混合物的相和微区行为可以影响所述纳米膜的组成和性能。制备具有聚合组分和两亲物的纳米膜的多种方案列于表9。

       表9：制备具有两亲物的纳米膜的方案

参照表9，在某些方案中用可聚合的两亲物制备纳米膜。在由可聚合的两亲物形成纳米膜中，聚合组分可由可聚合的两亲物原位形成。用于形成所述纳米膜的混合物可以进一步包含聚合物或两性聚合物、可聚合的单体、两亲物或它们的混合物。

在表9列举的某些方案中，纳米膜可由聚合物、两性聚合物或可聚合的单体制备。所述纳米膜可选择地包含两亲物。

聚合组分的纳米膜

一方面，本发明以不同的方式涉及由聚合组分制备的纳米膜。所述聚合组分可彼此直接连接，或可以通过连接分子连接。

在一个非限定实例中，PGM的LB膜可以以乙二胺交联形成纳米膜。在另一个实例中，聚乙烯亚胺(PEI)的LB膜可以用二甘醇二环氧甘油醚：

进行交联以形成纳米膜。这里包括的聚合组分与适当连接体的其他可能的组合对于本领域技术人员是显见的。

纳米膜组成与特性

具有一种或多种聚合组分的纳米膜的特性可以实质上不同于仅由大环结构体制备的纳米膜的特性。与仅由结构体制备的纳米膜相比，具有聚合组分的纳米膜可有利地具有柔性和韧性，从而更易于制造物件如用于过滤和其他分离过程的膜。具有聚合组分的纳米膜的不同微区可响应应力而产生塑性形变，同时其他区域可以是弹性的。具有聚合组分的纳米膜可以沉积在基体上以形成连续的基本不破裂的支撑纳米膜或隔膜。

由于具有一种或多种聚合组分的纳米膜的物理、化学和物理-化学性能会部分地取决于所述聚合组分相对于大环结构体或其他组分的含量，因此这些性能可以通过改变聚合组分在所述纳米膜中的含量而变化。

一般而言，可以使用可聚合的组分在纳米膜形成过程中原位制备纳米膜的聚合组分。纳米膜聚合组分的原位形成可提供一种作为选择的方案，在该方案中可以改变所述多组分混合物的相和微区行为。除了其它组合物之外，在多组分混合物中包含可聚合物种的方案可用于制备与仅由聚合物或两性聚合物组分制备的纳米膜相比具有相分离聚合组分的较小微区的纳米膜。与仅由聚合物或两性聚合物组分制备的纳米膜相比，包含可聚合的两亲物的多组分混合物可用于制备具有较少的微米尺寸开孔的纳米膜，通过所述微米尺寸开孔可发生物种传输。

在具有一种或多种聚合组分的纳米膜的其他变换方案中，所述聚合分子可以不与所述纳米膜的其他组分偶联。聚合组分使得纳米膜具有柔性或韧性的能力可以不要求与大环结构体或其他组分偶联。

纳米膜的组分的面积含量是各个组分代表的总纳米膜面积的比率。一个组分的纳米膜面积含量由在用于形成纳米膜的组分的初始混合物中该组分的摩尔比率(Mf)计算得到，该组分的平均分子面积(MMA)通过该纯组分的压力-面积朗缪尔等温曲线的高-表面压力区域外推到零表面压力而获得。一个组分在纳米膜中的面积含量是该组分的(Mf)(MMA)乘积除以所有组分的(Mf)(MMA)乘积之和：面积含量＝(Mf₁)(MMA₁)/[(Mf)₁(MMA)₁+(Mf)₂(MMA)₂+...(Mf)_n(MMA)_n]，其中n是组分的数目。

一般而言，在所有纳米膜组分在水中不可混溶或者是两性的并且所有纳米膜组分存在于组分的初始混合物中的条件下，面积含量是可以测量的。面积含量测量中的误差可高达约20％，其中包括因朗缪尔等温曲线外推造成的误差，以及对于在组分的初始混合物中为聚合物的聚合组分而言，包括由于该聚合物分子量的多分散性引起的误差。

在某些变换方案中，所述组分的纳米膜面积含量不可能总能够通过上述公式确定。例如，不存在于用于形成纳米膜的组分初始混合物中但后来进入所述纳米膜中的组分的面积含量不能通过上述公式确定。当所述组分不能形成可以测量MMA的稳定的朗缪尔膜时或者当在初始混合物中使用会具有不同于由其产生的聚合物的MMA的可聚合组分时，该组分的面积含量也不能用上述公式确定。

纳米膜可具有任何的聚合组分面积含量。在某些变换方案中，纳米膜可具有的聚合物组分的面积含量为约0.005(0.5％)～约0.98(98％)。在其他变换方案中，纳米膜可具有的聚合组分的面积含为约0.005～约0.7，经常为约0.005～约0.5，有时为约0.005～约0.3，有时为约0.005～约0.2，有时为约0.005～约0.1，有时为约0.005～约0.05，有时为约0.005～约0.02，有时为约0.50～约0.98。

纳米膜可具有足以使其具有柔性和韧性的聚合组分的面积含量或重量百分比，从而可以将其在几乎无力学破裂的情况下以均匀膜沉积在基体上，或者从而降低所述纳米膜的表面模量。具有聚合组分的纳米膜的柔韧性可通过将该纳米膜沉积在多种基体上而在基体上形成连续的基本无破裂的膜而得到证实，或通过降低该纳米膜的表面模量而得到证实。

相对于其他组分进行测量，纳米膜可具有任意的聚合组分摩尔比。在某些变换方案中，相对于其他组分进行测量，所述聚合组分的摩尔比可以是例如约0.005～约0.995、例如约0.010～约0.990、例如约0.01～约0.50、例如0.01～约0.20、例如约0.20～约0.50、例如约0.50～约0.99、例如约0.1～约0.9。在某些实施方式中，所述聚合组分：结构体的摩尔比为约0.1∶0.9、约0.2∶0.8、约0.5∶0.5、约0.25∶0.75或约0.90∶0.10。

这里所述的纳米膜的厚度(无论其通过偶联组分或非偶联组分)都格外小，经常小于约30纳米，有时小于约20纳米，有时为约1～15纳米。纳米膜的厚度部分取决于所述结构体或其他物种上赋予该结构体两性特征的基团的结构和特性，并部分取决于聚合组分或其他组分的特性。所述厚度可取决于温度以及在表面上或位于纳米膜内的溶剂的存在。如果在所述结构体或其他组分上赋予该组分两性特征的基团、特别是亲油部分在该组分偶联后或者在制备纳米膜过程的期间或之后的其他时刻除去或变化，那么可以改变所述厚度。纳米膜的厚度还可以取决于所述组分上的表面连接基团的结构和特性。纳米膜的厚度可小于约300、250、200、150、100、90、80、70、60、50、40、30、20、10或5_。

所述纳米膜组合物可包括独特结构的区域，在该区域内结构体和/或其他组分是偶联的。结构体和/或其他组分的偶联可提供其中形成独特结构的纳米膜。纳米膜的结构限定了原子、分子或仅高达到一定尺寸的颗粒和组成可以经其通过的孔隙。纳米膜结构的一种变换方案包含能够面对流体介质(液体或气体)的纳米膜区域，并可提供原子、离子、小分子、生物分子或其他物种经其通过的孔隙或开孔。由纳米膜结构限定的孔隙的尺寸可通过量子力学计算和评估以及如下述实施例进一步描述的物理实验而得到示范说明。

纳米膜结构限定的孔隙的尺寸通过该纳米膜的实际原子和化学结构特征来描述。在纳米膜结构中形成的孔隙的近似直径为约1～150_或更大。在某些实施方式中，所述孔隙的尺寸为约1～10_、约3～15_、约10～15_、约15～20_、约20～30_、约30～40_、约40～50_、约50～75_、约75～100_、约100～125_、约125～150_、约150～300_、约600～1000_。在纳米膜结构中形成的孔隙的近似尺寸有助于理解该纳米膜的孔隙率。另一方面，常规膜的孔隙率一般通过经验结果如分子量截留值来定量表示，其可反映复杂的扩散和其他传输特征。

在一种变换方案中，纳米膜结构可包含提供一系列尺寸基本均匀的孔隙的偶联结构体排列。均匀尺寸的孔隙可通过单个结构体本身而限定。根据该结构体的构象和状态，每个结构体限定了特定尺寸的孔隙。例如，纳米膜的偶联结构体的构象可以不同于在溶剂中初生的纯大环结构体，并且两者可能不同于偶联前在表面上取向的两性结构体的构象。包含偶联结构体排列的纳米膜结构可以提供基于该偶联结构体结构和构象的尺寸基本均匀的孔隙的矩阵或网络。

可以制备限定不同尺寸孔隙的具有不同组成和结构的结构体。由偶联结构体制备的纳米膜可以由多种结构体中的一种制备。因此，根据用于制备纳米膜的特定结构体，可以提供具有多种尺寸孔隙的纳米膜。

在其他实例中，纳米膜的结构限定了在偶联结构体或其他组分基质中的孔隙。由纳米膜结构限定的孔隙可以具有宽范围的尺寸，例如能够选择性阻断小分子或大分子通过的尺寸。例如，纳米膜结构可以由两种或更多种结构体偶联形成，其中空隙式孔隙由连接结构体的组合结构限定。纳米膜可具有多种尺寸和特征的孔隙的膨胀基质。空隙式孔隙可以例如小于约5_、小于约10_、约3～15_、约10～15_、约15～20_、约20～30_、约30～40_、约40～50_、约50～75_、约75～100_、约100～125_、约125～150_、约150～300_、约300～600_、约600～1000_。在某些变换方案中，其他组分可充当“填料”以限制所述纳米膜的孔隙率。在其他变换方案中，其他组分可根据组分间的交联类型和程度为所述纳米膜提供孔隙率。

偶联过程可导致形成其中纳米膜区域不是精确单分子层的纳米膜。不影响纳米膜在多种应用中使用的多种局部结构是可能的，局部结构特性可以包括具有以下特征的两性组分或物种(包括聚合物)：相对其近邻翻转或以不同取向方向转动，从而将其疏水和亲水面以不同于近邻物种的方式取向。局部结构特性还可以包括其中纳米膜为两分子层或更多分子层厚的分子重叠或堆砌、其中结构体或其他组分之间的相互连接是不完全的以致某些可用的偶联基团不能与其他物种偶联的局部区域、或其中缺少特定分子或组分的局部区域。其他局部结构可以包括晶界和取向缺陷。在一种变换方案中，由于纳米膜结构层叠，所述纳米膜具有高达30纳米的厚度。

这里公开的纳米膜就其两性组分的取向方面而言可以大体上均匀的，但是在某些实施方式中可以包含具有如上述指出的局部结构特性的区域。局部结构特性可以占据例如大于约30％、小于约30％、小于约20％、小于约15％、小于约10％、小于约5％、小于约3％、小于约1％的所述纳米膜的表面积。

纳米膜的相和微区行为

在具有一种或多种聚合组分的纳米膜的某些变换方案中，该纳米膜可以具有其中聚合组分在原子水平上与大环结构体或其他物种相互混合并相互溶解的微区。在这些变换方案中，所述大环结构体或其他物种可以与所述聚合组分混溶。

在具有一种或多种聚合组分的纳米膜的某些变换方案中，所述聚合分子、大环结构体或其他组分可以位于有限尺寸的聚集体内。超过在特定溶剂中的某个临界浓度，聚合分子、大环结构体或其他组分会汇集进入有限尺寸的聚集体。在纳米膜的形成过程中，这些有限尺寸的聚集体可以保持在空气-水界面处。除了其它因素外，所述聚集体的结构会受到所述分子的几何和形状的影响，或者受到所述分子以特定取向与其他物种偶联的能力的影响。所述聚集体的结构会因分子以多种速率移动和交换而呈高度动态。在这些变换方案中，一种物种的自组装聚集体可以散布在另一物种的连续相中，其中其他物种不聚集。不同分子或组分可形成独立的聚集体，或者以聚集体结构结合。大环结构体或其他组分与聚合分子之间的偶联可出现在自组装聚集体的表面、边缘或点上。

在具有一种或多种聚合组分的纳米膜的某些变换方案中，所述聚合分子可存在于基本上是聚合物的微区内，其中可以散布基本上由其他物种组成的微区。在这些变换方案中，聚合组分可以是与大环结构体或其他组分不混溶或相分离的。当聚合组分的聚集不限于有限小的尺寸时会出现相分离，不过该相分离可能继续直到聚合分子的区域与其他分子的区域发生分离。在这些方案中，聚合组分的形态可以是层状、珠状、盘状或其混合物的无定形组合物或者固体、凝胶或液体状聚合物熔体，并且在结构或组成上可以是均匀或非均匀的。所述纳米膜的聚合组分可以形成热塑性弹性体特有的硬质微区和软质微区，或者聚合组分可形成相对于大环结构体的硬质微区的软质微区。聚合组分可形成无定形、玻璃质、半晶体、或晶体的区域，或者具有那些特征的子区域。聚合组分区域可表现出类似橡胶的弹性或粘弹态。不同的聚合组分可形成独立相，或者可以彼此混溶而同时保持与大环结构体或其他组分不混溶。大环结构体或其他组分与聚合分子之间的偶联可出现在相界面上或靠近该界面处，并且可以对与所述相的粘连作出贡献。

可以用不同大环结构体的混合物制备纳米膜，或用大环结构体、聚合组分和其他物种的混合物制备纳米膜。纳米膜可具有偶联结构体和其他物种的排列，其中所述结构体和其他物种的位置次序是无规的，或者是非-无规的且具有其中一种类型的物种占主导的区域。在这些变换方案中，所述聚合组分可以相互混合、聚集或与所述大环结构体和其他物种发生相分离，如上所述。由不同结构体的混合物或者用大环结构体和其他两性分子的混合物制备的纳米膜也可以具有多种尺寸孔隙的相间排列。制备纳米膜的方法

在Langmuir膜方法中，在液体亚相表面上形成取向的两性物种(例如两性结构体、两性聚合物和/或两亲物)的单层。在一种实例中，可以将所述两性组分溶于溶剂中并沉积在Langmuir型槽的空气-亚相界面上以形成所述单层。一般地，使用可活动板或障板压缩该单层并减小其表面积以形成更致密的单层。在具有相应表面压力的不同程度的压缩作用下，所述单层可达到不同的凝聚态。可用于取向两亲物的表面包括界面，例如气体-液体、空气-水、不可混溶的液体-液体、液体-固体或气体-固体界面。取向层可以是大体上单层的厚度。

通过Wilhelmy平衡法获得表面压力与薄膜面积的等温线的关系以监控所述膜的状态。将该等温线外推到零表面压力揭示在所述组分偶联之前每组分的平均表面积或平均分子面积。所述等温线给出了薄膜状态的经验指示。在纳米膜层中表面取向的大环结构体和/或其他组分可处于膨胀态、液态、或液体膨胀态，或可以是凝聚、塌陷或者固相或紧密堆积态。

纳米膜可通过多种可选择的方法制备。例如，可以将连接分子加入包含所述结构体和/或其他组分的溶液中，随后将该溶液沉积在Langmuir亚相的表面上。作为选择，可以将所述连接分子加入到Langmuir型槽的水亚相中，并随后转移到包含大环结构体和/或其他用于偶联的组分的那层相中。

在本发明的一种变换方案中，可以将水溶性聚合组分加入到Langmuir型槽的亚相中。在其他变换方案中，可以将聚合组分溶于水或溶剂中并在界面上铺展。一种或多种聚合组分可以与大环结构体以及可选择地与连接分子一起在界面上共同铺展。在其他变换方案中，一种或多种聚合组分可以与大环结构体和/或连接分子和/或其他两性分子一起在界面上共同铺展。

在某些实例中，可以将大环结构体和/或其他组分加入到Langmuir型槽的亚相中，并随后转移到所述界面上。

对本领域技术人员来说，其他变换方案是显而易见的。

一般而言，纳米膜组分的偶联可通过化学、热、光化学、电化学和辐射方法引发。在本发明的某些变换方案中，纳米膜组分的偶联方式可取决于引发剂的类型和所涉及的化学过程。例如，在由多组分混合物形成纳米膜的过程中，所述混合物中可聚合的物种通过非选择性链式聚合或加成聚合可产生聚合组分。大环结构体与可聚合物种或聚合组分的偶联类型取决于所述结构体的官能团。例如，不饱和聚合组分、两亲物或单体的自由基聚合可以使聚合组分与大环结构体的苯合成子偶联，或者偶联至其他活性位点或不饱和位点。

加入所述结构体或其他组分以赋予两性特征的官能团在某些实施方式中可以在形成纳米膜期间或之后除去。在一种实施方式中，赋予聚合组分两性特征的基团可以在纳米膜形成之后除去。在另一种实施方式中，赋予大环结构体两性特征的基团可以在纳米膜形成之后除去。除去的方法与所述官能团有关。连接于所述结构体而赋予该组分两性特征的基团可以包括可用于在纳米膜形成过程期间或之后的某点除去所述基团的官能团。可以采用酸或碱水解除去通过羧酸酯或酰胺键连接至所述组分的基团。位于赋予所述结构体两性特征的官能团中的不饱和基团可以被氧化和通过水解断裂。也可以对赋予所述结构两性特征的官能团进行光解性断裂。可断裂的官能团的实例包括

其中n是0～4，其可以通过光活化断裂，和

其中n是0～4，m是7～27，其可以通过酸或碱催化水解而断裂。

加入所述组分以赋予所述结构体两性特征的官能团的实例包括烷基、烃氧基、-NHR、-OC(O)R、-C(O)OR、-NHC(O)R、-C(O)NHR、-CH＝CHR和-C≡CR，其中烷基的碳原子可以被一个或多个-S-、双键、三键或-SiRR′-基团间断、或者被一个或多个氟原子取代或它们的任意组合，其中R和R′独立地是氢或烷基。

在可选择的方案中，所述大环结构体和/或其他组分的多组分混合物可包含添加剂、分散剂、表面活性剂、赋形剂、相容剂、乳化剂、悬浮剂、增塑剂或其他可以改变所述组分性能的物种。例如，相容剂可用于减小微区的尺寸并形成纳米膜组分的更加连续的相分散体。

在某些情况下，所述纳米膜可以通过连接或吸附生物分子而衍化以提供生物相容性或减少纳米膜的污垢。

纳米膜可通过多种方法沉积在基体上，例如Langmuir-Schaefer、Langmuir-Blodgett或用于Langmuir体系的其他方法。在一种变换方案中，纳米膜通过如下方式被沉积在处于Langmuir槽中的基体上：使所述基体放于低于空气-水界面的亚相中，并降低该亚相的水平面直到所述纳米膜轻轻地落在该基体上并因此沉积。有关Langmuir膜和基体的描述在美国专利No.6,036,778、4,722,856、4,554,076和5,102,798以及R.A.Hendel等人在J.Am.Chem.Soc.第119卷第6909-18页(1997)给出。有关基体上的膜的描述在Munir Cheryan，Ultrafiitration and Microfiltration Handbook(1998)中提供。有关在表面上的聚合物的描述在Jacob N.Israelachvili，Intermolecular and Surface Forces(1991)中提供。

制备具有聚合组分的纳米膜的其他方法包括强制除去溶剂以制备膜的方法，例如旋转涂布方法和喷涂方法，以及涂覆和沉积方法，其中包括界面涂布、浸涂、刮涂、接枝、浇铸、相转换、或电镀或其他镀覆方法。

可以在沉积于基体期间或之后通过化学、热、光化学、电化学、辐射或干燥方法将沉积在基体上的纳米膜固化或退火。例如，化学方法包括与气相试剂如乙二胺或溶液相试剂反应。

所述沉积可导致所述纳米膜通过物理相互作用和弱化学力如范德华力和弱氢键与基体非共价连接或弱连接作用。在某些实施方式中，所述纳米膜可通过离子或共价相互作用或其他类型的相互作用与基体粘结。

所述基体可以是任何材料的任何表面。基体可以是多孔或非多孔的，并且可以由聚合物质和无机物质制备。多孔基体的实例是塑料或聚合物、径迹蚀刻聚碳酸酯、径迹蚀刻聚酯、聚醚砜、聚砜、凝胶、水凝胶、醋酸纤维素、聚酰胺、PVDF、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸酸丁二醇酯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯或聚丙烯、陶瓷、阳极氧化铝、激光烧蚀和其他多孔的聚酰亚胺和UV蚀刻的聚丙烯酸酯。非多孔基体的实例是硅、锗、玻璃、金属(如铂、镍、钯、铝、铬、铌、钽、钛、钢或金)、玻璃、硅酸盐、硅铝酸盐、非多孔聚合物和云母。基体的其他实例包括金刚石和氧化铟锡。优选的基体包括硅、金、SiO₂、聚醚砜和径迹蚀刻聚碳酸酯。在某些实施方式中，所述基体是SiO₂。在其他实施方式中，所述基体是聚碳酸酯径迹蚀刻膜。

基体可以具有任何物理形状或形式，包括膜、片、板或圆柱体在内，并且可以是任何形状或大小的颗粒。

沉积在基体上的纳米膜可以用作膜。任何层数的纳米膜可以沉积在基体上以形成膜。在某些变换方案中，纳米膜沉积在基体的两面上。

可以将一层或多层不同的间隔材料沉积或附着在纳米膜层之间，并且间隔层还可以用在基体和纳米膜的第一沉积层之间。间隔层组合物的实例包括聚合组合物、水凝胶(丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚氨酯、硅氧烷)、热塑性聚合物(聚烯烃、聚缩醛、聚碳酸酯、聚脂、纤维素酯)、聚合泡沫、热固性聚合物、超支化聚合物、可生物降解聚合物如聚交酯、液晶聚合物、通过原子转移自由基聚合(ATRP)制备的聚合物、通过易位聚合(ROMP)制备的聚合物、聚异丁烯和聚异丁烯星形聚合物和两性聚合物。间隔层组合物的其他实例包括无机物，例如无机颗粒如无机微球、胶体无机物、无机矿物、二氧化硅球体或颗粒、二氧化硅溶胶或凝胶、粘土或粘土颗粒等。两性分子的实例包括含有可聚合基团的两亲物如二炔、烯或氨基酯。所述间隔层可用来改变纳米膜的阻隔性能，或可以用来改变所述膜或纳米膜的传输、流量或流动特性。间隔层还可以用来改变所述膜或纳米膜的功能特征，例如强度、模量或其他性能。在某些变换方案中，纳米膜的聚合组分可以在该纳米膜和基体之间提供间隔层。

在某些变换方案中，具有聚合组分的纳米膜可沉积在表面上并附着于该表面的程度足以适用许多应用(例如过滤和膜分离)而不与该表面偶联。具有聚合组分的纳米膜可有利地附着于基体上，其中可包括一些偶联相互作用。

在其他方案中，纳米膜可与基体表面偶联。可以在纳米膜的聚合组分上提供表面连接基团，其可以用于偶联纳米膜与基体。可以偶联部分但不是全部表面连接基团以将所述纳米膜附着在基体上。可选择地，可以在纳米膜的所述大环结构体和/或其他组分上提供表面连接基团。

可用作表面连接基团以偶联纳米膜与基体的官能团的实例包括氨基类、羧酸基类、羧酸酯基类、醇基类、二醇基类、乙烯基类、苯乙烯基类、环氧基类、硫醇基类、卤代镁或格利雅基团类、丙烯酸酯基类、丙烯酰胺基类、二烯基类、醛基类和它们的混合物。

基体可具有与纳米膜的官能团偶联的官能团，所述基体的官能团可以是连接到基体的连接基团或表面基团，其可以通过将表面基团或连接基团结合至该基体的反应而形成。表面基团也可以通过多种处理方法例如低温等离子处理、表面蚀刻方法、固体磨擦方法或化学处理方法在基体上产生。某些等离子处理方法提供于Inagaki，Plasma Surface Modification andPlasma Polymerization，Technomic，Lancaster，Pennsylvania，1996。在某些实施方式中，用APTES使所述基体衍化。在其他实施方式中，用甲基丙烯酰氧基甲基三甲氧基硅烷(MAOMTMOS)使所述基体衍化。在其他实施方式中，用丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(AOPTMOS)使所述基体衍化。

所述纳米膜的表面连接基团和表面可用保护基封闭直到需要时。适合将所述纳米膜与所述基体偶联的官能团和所形成的键的非限定实例可见于表2-4。纳米膜上的官能团可以来自纳米膜的任何组分，例如所述大环结构体、聚合组分或两性组分。

表面连接基团可通过间隔基与纳米膜连接。同样，基体官能团也可以通过间隔基与所述基体连接。用于表面连接基团的间隔基可以是聚合的。聚合间隔基的实例包括聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、多糖、多熔素、多肽、聚(氨基酸)、聚乙烯基吡咯烷酮、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。聚合间隔基结构的实例包括线型、支化、梳状和树枝状聚合物、无规和嵌段共聚物、均聚物和杂聚物、柔性链和刚性链。用于表面连接基团的间隔基还可以包括用于偶联生物分子和其他化学物种的双官能连接基团或杂双官能连接基团。

在一种方案中，将保护基如二苯酮连接至所述基体上。所述保护基可以用光例如紫外光活化以提供与纳米膜偶联的活性物种。所述光活性物种可以与纳米膜的任何原子或任何一组原子偶联。

通过配体-接受体(例如生物素-链和霉素)的中介相互作用也可以实现结构体的表面连接作用。例如，可以用链和霉素涂覆所述基体，并且生物素可以例如通过连接基团如PEG或烷基连接至所述结构体。

膜和过滤功能

这里描述的纳米膜可以用于例如作为膜。所述膜可以与流体或溶液接触，从该流体或溶液分离物种或组分，用于例如过滤目的。通常，膜是一种充当阻挡某些物种通过的阻隔体而同时允许其他物种受限或受调节地通过的物质。一般而言，如果其小于截留尺寸或具有小于所谓截留分子量的分子量，那么渗透物可穿过该膜。对于大于所述截留分子量的物种，所述膜可以认为是不可渗透的。截留尺寸或分子量是膜的特征性能。选择性渗透是膜对某些物种截留、限制或调节通过而同时允许较小物种通过的能力。因此，可以根据在给定条件下能构通过该膜的最大物种对膜的选择性渗透从功能上进行描述。不同物种的尺寸或分子量还可以取决于待分离流体中的条件，其可能决定该物种的形态。例如，物种可以在流体内存在水合作用或溶剂化作用范围，并且与膜应用有关的物种尺寸可以包括或可以不包括水化水或溶剂分子。因此，如果物种可以以其在流体中常见的形式穿过所述膜，那么该膜对流体的该物种是可渗透的。渗透作用和渗透能力会受到流体的物种与膜本身之间相互作用的影响。虽然有多种理论可以描述这些相互作用，但是有关纳米膜、膜、或组件的通过/未通过信息的经验测量是一种有效地描述渗透性能的工具。如果物种不能通过所述膜，那么该膜对该物种是不可渗透的。

可以在这里描述的纳米膜中提供孔隙，例如可以在所述纳米膜的结构中提供孔隙。还可以在所述大环结构体的结构中提供孔隙。在某些情况下，可以由所述大环结构体和所述聚合组分的堆积提供孔隙。组分间的交联类型和程度可以影响孔隙尺寸。这里描述的包含一种或多种聚合组分的纳米膜可有利地具有减少影响在过滤和选择性渗透中应用的微米尺寸或宏观尺寸的开孔的数目。

所述纳米膜可具有分子量截留值，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，小于约15kDa，小于约10kDa，小于约5kDa，小于约1kDa，小于约800Da，小于约600Da，小于约400Da，小于约200Da，小于约100Da，小于约50Da，小于约20Da，约13kDa，约190Da，约100Da，约45Da，约20Da。

“高渗透性“表示例如大于约70％、大于约80％、大于约90％的溶质通过率(clearance)。“中等渗透性”表示例如小于约50％、小于约60％、小于约70％的溶质通过率。“低渗透性”表示例如小于约10％、小于约20％、小于约30％的溶质通过率。如果对某物种具有非常低的通过率(例如小于约5％，小于约3％)，或者对该物种具有非常高的排斥率(例如大于约95％，大于约98％)，那么该膜对该物种是不可渗透的。溶质的通过率或排斥率通过其通过率来衡量，其反映了实际通过所述膜的溶质比例。例如，在表16-17中的未通过符号表示溶质被该结构部分排斥，有时小于90％排斥率，经常至少90％排斥率，有时至少98％排斥率。通过符号表示溶质部分通过该结构，有时小于90％通过率，经常至少90％通过率，有时至少98％通过率。

纳米膜适用的过程实例包括其中涉及液体或气体作为连续流体相的方法：过滤、澄清、分级、渗透蒸发、反渗透、透析、血液透析、亲缘分离、氧合作用和其他过程。过滤应用可包括离子分离、脱盐作用、气体分离、小分子分离、对映体分离、超滤、微过滤、超滤、水纯化、污水处理、毒素清除、生物物种例如细菌、病毒或真菌的清除。

合成子和大环结构体

合成子

正如这里所用，术语“合成子”指的是用于制备大环结构体的分子。合成子可实质上是一种异构体构型，例如，单一对映异构体。合成子可以被用于偶联合成子与另外的合成子的官能团取代，并且所述官能团是该合成子的一部分。合成子可以被用于赋予该合成子或由该合成子制备的物种亲水性、亲油性或两性特征的原子或一组原子取代。在被赋予亲水性、亲油性或两性特征的官能团或基团取代之前的合成子可被称为中心合成子。正如这里所用，术语“合成子”指的是中心合成子，并且还指代被赋予亲水性、亲油性或两性特征的官能团或基团取代的合成子。

正如这里所用，术语“环状合成子”指的是具有一个或多个环结构的合成子。环结构的实例包括芳基、杂芳基和环状烃结构，其中包括双环化环结构和多环化环结构。中心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(phenylene)、菲(phenanthracene)、芘、苯并菲、菲、吡啶、嘧啶、哒嗪、联苯、联吡啶、环己烷、环己烯、萘烷、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、二环[2.2.1]庚烷、二环[2.2.1]庚烯、二环[2.2.2]辛烷、二环[2.2.2]辛烯、二环[3.3.0]辛烷、二环[3.3.0]辛烯、二环[3.3.1]壬烷、二环[3.3.1]壬烯、二环[3.2.2]壬烷、二环[3.2.2]壬烯、二环[4.2.2]癸烷、7-氮杂二环[2.2.1]庚烷、1，3-二氮杂二环[2.2.1]庚烷和螺[4.4]壬烷。中心合成子包含所述中心合成子与其他合成子偶联的所有异构体或排列方式。例如，中心合成子苯包括合成子例如1，2-和1，3-取代苯，其中合成子之间的键分别在苯环的1，2-和1，3-位形成。例如，所述中心合成子苯包括1，3-取代的合成子如 其中L是合成子之间的键并且苯环的2，4，5，6位也可以具有取代基。合成子之间的缩合键涉及在一个环状合成子的环原子与另一个环状合成子的环原子之间的直接偶联，例如其中合成子M-X与M-X偶联形成M-M，其中M是环状合成子和X是卤素。例如，当M是苯基时形成缩合键

大环结构体

大环结构体是偶联合成子的闭合环。为形成大环结构体，合成子可以被与该合成子偶联形成大环结构体的官能团取代。合成子还可以被将保留在所述大环结构体结构中的官能团取代。保留在所述大环结构体的官能团可用于偶联所述大环结构体与其他大环结构体或其他组分。

大环结构体可包含3个到约24个环状合成子。在大环结构体的闭合环中，第一环状合成子可以与第二环状合成子偶联，第二环状合成子可以与第三环状合成子偶联，第三环状合成子可以与第四环状合成子偶联，如果于所述大环结构体中存在四个环状合成子，那么第四与第五偶联，依次类推，直到第n个环状合成子可与其前一个偶联，并且第n个环状合成子可以与第一环状合成子偶联形成环状合成子的闭合环。在一种变换方案中，所述大环结构体的闭合环可以用连接分子形成。

当亲水和亲油官能团存在于所述结构中时，大环结构体可以是两性大环结构体。大环结构体的两性特征可来自合成子、合成子之间的键或偶联到所述合成子或键的官能团中的原子。

在某些变换方案中，大环结构体的一个或多个合成子可以被一个或多个亲油部分取代，同时所述合成子中的一个或多个可以被一个或多个亲水部分取代，从而形成两性大环结构体。亲油和亲水部分可以偶联到两性大环结构体的相同合成子或键上。亲油和亲水部分可以在所述大环结构体的闭合环形成之前或之后偶联到该大环结构体。例如，亲油或亲水部分可以在闭合环形成之后通过取代合成子或键的方式加入所述大环结构体。

大环结构体的两性特征可在一定程度上通过其形成稳定的Langmuir膜的能力进行表征。Langmuir膜可在以毫牛顿/米(mN/m)计量的特定表面压力下在Langmuir槽中以毫米/分钟(mm/min)计量的特定障板速率形成，并且可测量在恒定表面压力下的等压蠕变或膜面积变化以表征该薄膜的稳定性。例如，在水亚相上的大环结构体的Langmuir薄膜可以在5-15mN/m下具有等压蠕变以使在约1小时期间内该膜区域的主要部分得以保留。在水亚相上的大环结构体的稳定Langmuir膜的实例可在5-15mN/m下具有等压蠕变以使在约30分钟期间内该膜面积的约70％得以保留，有时该薄膜面积的约70％在约40分钟期间内得以保留，有时该薄膜面积的约70％在约60分钟期间内得以保留，有时该膜面积的约70％在约120分钟期间内得以保留。在水亚相上的大环结构体的稳定Langmuir膜的其他实例可在5-15mN/m下具有等压蠕变，以使在约30分钟期间内该膜面积的约80％得以保留，有时该膜面积的约85％在约30分钟期间内得以保留，有时该膜面积的约90％在约30分钟期间内得以保留，有时该膜面积的约95％在约30分钟期间内得以保留，有时该膜面积的约98％在约30分钟期间内得以保留。

一方面，单独的大环结构体可以在其结构内包含孔隙。每个大环结构体可以根据所述结构体的构象和状态限定特定尺寸的孔隙。可以制备限定了不同尺寸孔隙的多种大环结构体。

大环结构体可以在其结构内具有柔韧性。柔韧性可使大环结构体更容易通过偶联反应与其他大环结构体和/或其他组分形成键。大环结构体的柔韧性也可以在调节物种通过该大环结构体的孔隙方面发挥作用。例如，柔韧性可以影响单个大环结构体的孔隙尺寸，这是因为可以获得多种构象用于所述结构。例如，当取代基位于孔隙时所述大环结构体可以在一种构象中具有一定的孔隙尺寸，并当该大环的一个或多个取代基位于孔隙处时相同的大环结构体可以在另一种构象中具有不同的孔隙尺寸。类似地，当一类取代基位于孔隙处时，大环结构体可以在一种构象中具有一定的孔隙尺寸，并且当不同的一类取代基位于孔隙处时其可以在不同的构象中具有不同的孔隙尺寸。例如，位于孔隙处的“一类”取代基可以是以一种regioisomer排列的三个烃氧基，而“不同的一类”取代基可以是以另一regioisomer排列的两个烃氧基。位于孔隙处的“一类”取代基和位于孔隙处的“不同的一类”取代基的作用在于提供一种可连同其他调节因素调节传输和过滤作用的大环结构体组成。

在由合成子制备大环结构体的过程中，所述合成子可以以基本纯的单一异构体(例如以纯的单一对映体)使用。

在由合成子制备大环结构体过程中，相邻合成子之间可以形成一个或多个偶联键。合成子之间形成的键可以是一个合成子上的一个官能团与第二合成子的互补官能团偶联的产物。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偶联以在两个合成子之间形成酯键。另一个实例是由一个合成子上的醛基-CH＝O与另一个合成子上的氨基-NH₂反应形成的亚胺键-CH＝N-。合适的互补官能团和合成子之间的键的实例示于表2，其中“合成子”可替代“结构体”。

用于在合成子或其他大环结构体之间形成键的合成子的官能团可以通过间隔基与所述合成子分离。间隔基可以是使所述官能团与合成子偶联并且不会干扰键形成反应的任何原子或一组原子。间隔基是所述官能团的一部分，并且成为合成子之间键的一部分。间隔基的实例是亚甲基-CH₂-。所述间隔基据说可以扩展合成子之间的键。例如，如果一个亚甲基间隔基被插入亚胺键-CH＝N-中，那么所得的亚胺键可以是-CH₂CH＝N-。

合成子之间的键可以包含由不同于所述合成子的两个官能团的外部部分提供的一个或多个原子。外部部分可以是可与一个合成子的官能团偶联形成中间体的连接分子，其中所述中间体与另一合成子的官能团偶联形成合成子之间的键，例如，由一系列的偶联合成子形成合成子的闭合环。连接分子的实例是甲醛。例如，两个合成子上的氨基可以在作为连接分子的甲醛存在下进行曼尼希反应生成键-NHCH₂NH-。合适的官能团和连接分子的实例示于表4，其中“合成子“可替代“结构体”。

大环结构体可包含用于将所述大环结构体偶联到固体表面、基体或支撑体上的官能团。可用于偶联至基体或表面的大环结构体的官能团的实例包括胺、羧酸、羧酸酯、二苯酮和其他光活化的交联剂、醇、二元醇、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、醛和它们的混合物。这些官能团可偶联到大环结构体的闭环上，并且可选择地通过间隔基连接。固体表面的实例包括金属表面、陶瓷表面、聚合物表面、半导体表面、硅片表面、氧化铝表面等。可用于偶联至基体或表面的大环结构体的官能团的其他实例进一步包括在表2-4左栏中描述的那些。引发所述结构体与基体偶联的方法包括化学、热、光化学、电化学和辐射方法。

间隔基的实例包括聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、多糖、多熔素、多肽、聚(氨基酸)、聚乙烯基吡咯烷酮、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。

在一个实施方式中，所述大环结构体组成包含：3-约24个偶联形成闭合环的环状合成子；至少两个将所述闭合环偶联到至少两个其他闭合环的互补官能团上的官能团；其中每个官能团和每个互补官能团包含其中含有选自C、H、N、O、Si、P、S、B、Al、卤素和来自碱金属和碱土金属族的金属的原子的官能团。所述组成可包含至少两个通过所述官能团偶联的闭合环。所述组成可包含至少三个通过所述官能团偶联的闭合环。

在另一实施方式中，所述大环结构体组成包含：3～约24个偶联形成限定孔隙的闭合环的环状合成子；当第一类取代基位于孔隙处时该闭合环具有在第一构象中的第一孔隙尺寸，并且当第二类取代基位于孔隙处时具有在第二构象中的第二孔隙尺寸；其中每一类中的每个取代基包含其中有含选自C、H、N、O、Si、P、S、B、Al、卤素和来自碱金属和碱土金属族的金属的原子的官能团。

在另一实施方式中，所述大环结构体组成包含：(a)3～约24个偶联形成限定孔隙的闭合环的环状合成子；(b)在孔隙处偶联至所述闭合环并选择用于传输选定物种通过该孔隙的至少一个官能团，其中所述至少一个官能团包含其中含有选自C、H、N、O、Si、P、S、B、Al、卤素和来自碱金属和碱土金属族的金属的原子的官能团；(c)待传输通过所述孔隙的选定物种。在一个实例中，所选定的物种可选自卵清蛋白、葡萄糖、肌酸酐、H₂PO₄ ^-、HPO₄ ^-2、HCO₃ ^-、脲、Na⁺、Li⁺和K⁺。

在某些实施方式中，所述环状合成子彼此独立地选自苯、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(phenanthracene)、芘、苯并菲、菲、吡啶、嘧啶、哒嗪、联苯、联吡啶、萘烷、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、二环[2.2.1]庚烷、二环[2.2.1]庚烯、二环[2.2.2]辛烷、二环[2.2.2]辛烯、二环[3.3.0]辛烷、二环[3.3.0]辛烯、二环[3.3.1]壬烷、二环[3.3.1]壬烯、二环[3.2.2]壬烷、二环[3.2.2]壬烯、二环[4.2.2]癸烷、7-氮杂二环[2.2.1]庚烷、1，3-二氮杂二环[2.2.1]庚烷和螺[4.4]壬烷。

在某些实施方式中，每个偶联的环状合成子独立地通过选自下列的键与两个相邻合成子偶联：(a)缩合键和(b)选自下列的键-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′彼此独立地选自氢和烷基；其中所述键独立地以两个可能构型中的任何一种成形，相对于其偶联在一起的合成子而言向前和向后，如果所述两种构型是不同的结构；其中Q是通过键连接的合成子中的一个。

在一种变换方案中，大环结构体可以是下式的闭合环组成，

其中：闭合环包含总共3～24个的合成子Q1；J是2～23；Q1是彼此独立地选自下述的合成子：(a)芳基合成子，(b)杂芳基合成子，(c)饱和的环状烃合成子，(d)不饱和的环状烃合成子，(e)饱和的二环烃合成子，(f)不饱和的二环烃合成子，(g)饱和的多环烃合成子和(h)不饱和的多环烃合成子；其中每个Q¹的不与键L偶联的环位置独立地被氢或含有选自C、H、N、O、Si、P、S、B、Al、卤素和来自碱金属和碱土金属族的金属的原子的官能团取代；Q²是彼此独立地选自下述的合成子：(a)芳基合成子，(b)杂芳基合成子，(c)饱和的环状烃合成子，(d)不饱和的环状烃合成子，(e)饱和的二环烃合成子，(f)不饱和的二环烃合成子，(g)饱和的多环烃合成子和(h)不饱和的多环烃合成子合成子；其中Q²的不与L偶联的环位置独立地被氢或含有选自C、H、N、O、Si、P、S、B、Al、卤素和来自碱金属和碱土金属族的金属的原子的官能团取代；L是各自独立地选自下述的合成子之间的键：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-，-H₂CH(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，“synthon”代表合成子；其中R和R′彼此独立地选自氢和烷基；其中键L相对于Q¹和Q²合成子独立地成形，每个L具有相对于其偶联在一起的合成子而言的两种可能构型中的任一个，相对于其偶联的直接相邻的合成子而言所述键的向前和向后构型，例如Q¹ _a-NHC(O)-Q¹ _b和Q¹ _a-C(O)NH-Q¹ _b，如果两种构型是同分异构的不同结构。合成子Q¹当独立选择时可以是所述的任何环状合成子，因此所述J个合成子Q¹可以以任何次序存在于所述闭合环中，例如，环己基-1，2-苯基-哌啶基-1，2-苯基-1，2-苯基-环己基等，并且所述J个键L还可以独立地选择并以闭合环成形。所述由所述式代表和包括的大环结构体包括有关合成子的所有立体异构体，因此对于合成子的每个闭合环组成而言都包括所述大环结构体的多种立体异构体。

在其他实施方式中，所述大环结构体可包含下式闭合环组成：

其中J是2-23；Q¹是彼此独立地选自下述的合成子：(a)在1，2-苯基位与键L偶联的苯基合成子，(b)在1，3-苯基位与键L偶联的苯基合成子，(c)除苯基合成子之外的芳基合成子，(d)除吡啶鎓合成子之外的杂芳基合成子，(e)饱和的环状烃合成子，(f)不饱和的环状烃合成子，(g)饱和的二环烃合成子，(h)不饱和的二环烃合成子，(i)饱和的多环烃合成子和(j)不饱和的多环烃合成子；其中Q¹的每个不与L偶联的环位置独立地被氢或含有选自C、H、N、O、Si、P、S、B、Al、卤素和来自碱金属和碱土金属族的金属的原子的官能团取代；Q²是彼此独立地选自下述的合成子：(a)除苯基合成子和在2，7-萘基位与键L偶联的萘合成子之外的芳基合成子(b)除在2，6-吡啶位与键L偶联的吡啶合成子之外的杂芳基合成子，(c)除在1，2-环己基位与键L偶联的环己烷合成子之外的饱和环状烃合成子，(d)除在2，5-吡咯位与键L偶联的吡咯合成子之外的不饱和环状烃合成子，(e)饱和的二环烃合成子，(f)不饱和的二环烃合成子，(g)饱和的多环烃合成子和(h)不饱和的多环烃合成子；其中Q²的不与键L偶联的环位置独立地被氢或含有选自C、H、N、O、Si、P、S、B、Al、卤素和来自碱金属和碱土金属族的金属的原子的官能团取代；L是各自独立地选自下述的合成子之间的键：(a)缩合键，和(b)选自下列的键-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′彼此独立地选自氢和烷基；其中键L独立地以两个可能构型中的任何一种成形，相对于其偶联在一起的合成子而言向前和向后，如果所述两种构型是不同的结构；其中y是1或2，Q^y独立地是通过所述键连接的Q¹或Q²合成子中的一种。

在另一实施方式中，所述大环结构体可包含下式闭合环组成：

其中J是2-23；Q¹是彼此独立地选自下述的合成子：(a)在1，2-苯基位与键L偶联的苯基合成子，(b)在1，3-苯基位与键L偶联的苯基合成子和(c)在1，2-环己基位与键L偶联的环己烷合成子；其中每个Q¹的不与键L偶联的环位置独立地被氢或含有选自C、H、N、O、Si、P、S、B、Al、卤素和来自碱金属和碱土金属族的金属的原子的官能团取代；Q²是在环己基1，2-位与键L偶联的环己烷合成子；其中Q²的不与键L偶联的环位置独立地被氢或含有选自C、H、N、O、Si、P、S、B、Al、卤素和来自碱金属和碱土金属族的金属的原子的官能团取代；L是各自独立地选自下述的合成子之间的键：(a)缩合键，和(b)选自下列的键-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′彼此独立地选自氢和烷基；其中键L各自独立地以两个可能构型中的任何一种成形，相对于其偶联在一起的合成子而言向前和向后，如果所述两种构型是不同的结构；其中y是1或2，并且Q^y各自独立地是通过所述键连接的Q¹或Q²合成子中的一种。

在另一实施方式中，所述大环结构体可包含下式闭合环组成：

其中J是2-23；Q¹是彼此独立地选自下述的合成子：(a)在1，4-苯基位与键L偶联的苯基合成子，(b)除苯基合成子之外的芳基合成子，(c)杂芳基合成子，(d)饱和的环状烃合成子s，(e)不饱和的环状烃合成子，(f)饱和的二环烃合成子，(g)不饱和的二环烃合成子，(h)饱和的多环烃合成子和(i)不饱和的多环烃合成子；其中至少一个Q¹是在1，4-苯基位与键L偶联的苯基合成子，并且每个Q¹的不与键L偶联的环位置独立地被氢或含有选自C、H、N、O、Si、P、S、B、Al、卤素和来自碱金属和碱土金属族的金属的原子的官能团取代；Q²是独立地选自下述的合成子：(a)除苯基合成子和在2，7-萘基位与键L偶联的萘合成子之外的芳基合成子，(b)杂芳基合成子，(c)除在1，2-环己基位与键L偶联的环己烷合成子之外的饱和环状烃合成子，(d)不饱和的环状烃合成子，(e)饱和的二环烃合成子，(f)不饱和的二环烃合成子，(g)饱和的多环烃合成子和(h)不饱和的多环烃合成子；其中Q²的不与L偶联的环位置独立地被氢或含有选自C、H、N、O、Si、P、S、B、Al、卤素和来自碱金属和碱土金属族的金属的原子的官能团取代；L是各自独立地选自下述的合成子之间的键：(a)缩合键，和(b)选自下列的键-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′彼此独立地选自氢和烷基；其中键L各自独立地以两个可能构型中的任何一种成形，相对于其偶联在一起的合成子而言向前和向后，如果所述两种构型是不同的结构；其中y是1或2，并且Q^y各自独立地是通过所述键连接的Q¹或Q²合成子中的一种。

在某些实施方式中，所述官能团彼此独立地选自下述官能团：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彼此独立地选自氢和1-6C烷基；X选自Cl、Br和I；r是1-50；和s是1-4。

在其他实施方式中，所述大环结构体可包含下式闭合环组成：

其中：

Q是

，J是1-22，和n是1-24；X和Rⁿ彼此独立地选自氩或含有选自C、H、N、O、Si、P、S、B、Al、卤素和来自碱金属和碱土金属族的金属的原子的官能团；Z彼此独立地是氢或亲油基；L是各自独立地选自下述的合成子之间的键：(a)缩合键，和(b)选自下列的键-N＝CR-、-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＝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′彼此独立地选自氢和烷基；其中键L各自独立地以两个可能构型中的任何一种成形，相对于其偶联在一起的合成子而言向前和向后，如果所述两种构型是不同的结构。

在另一种实施方式中，所述大环结构体可包含下式闭合环组成：

其中：

Q是 ，J是1-22，n是1-48；X和Rⁿ彼此独立地选自其中含有选自C、H、N、O、Si、P、S、B、Al、卤素和来自碱金属和碱土金属族的金属的原子的官能团；Z彼此独立地是氢或亲油基；L是各自独立地选自下述的合成子之间的键：(a)缩合键，和(b)选自下列的键-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′彼此独立地选自氢和烷基；其中键L各自独立地以两个可能构型中的任何一种成形，相对于其偶联在一起的合成子向前和向后，如果所述两种构型是不同的结构。

在某些实施方式中，X和Rⁿ彼此独立地选自下述基团：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，

-P(O)(OH)(OX)，-P(＝O)(O^-)O(CH₂)_sNR₃ ⁺；其中R彼此独立地选自氢和1-6C烷基；X选自Cl、Br和I；r是1-50；和s是1-4。

在另一实施方式中，所述大环结构体包含下式：

其中：Q是

，J是1-11，n是1-12；X和Rⁿ彼此独立地选自下述基团：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彼此独立地选自氢和1-6C烷基；X选自Cl、Br和I；r是1-50；和s是1-4；Z彼此独立地是氢或亲油基；L是各自独立地选自下述的合成子之间的键：(a)缩合键，和(b)选自下列的键-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′彼此独立地选自氢和烷基；其中键L各自独立地以两个可能构型中的任何一种成形，相对于其偶联在一起的合成子向前和向后，如果所述两种构型是不同的结构。

在另一实施方式中，所述大环结构体具有下式：

其中：Q是

，J是1-11，n是1-12；X和Rⁿ彼此独立地选自下述基团：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彼此独立地选自氢和1-6C烷基；X选自Cl、Br和I；r是1-50；和s是1-4；Z彼此独立地是氢或亲油基；L是各自独立地选自下述的合成子之间的键：(a)缩合键，和(b)选自下列的键-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′彼此独立地选自氢和烷基；其中键L各自独立地以两个可能构型中的任何一种成形，相对于其偶联在一起的合成子向前和向后，如果所述两种构型是不同的结构。

在另一实施方式中，所述大环结构体包含下式，

其中：

Q是 J是1-11，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彼此独立地选自氢、-OH、-NH₂、-SH、-(CH₂)_tOH、-(CH₂)_tNH₂和-(CH₂)_tSH，其中t是1-4，并且X²和X³不同时为氢；Rⁿ各自独立地选自下述基团：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彼此独立地选自氢和1-6C烷基；X选自Cl、Br和I；r是1-50；和s是1-4；Z彼此独立地是氢或亲油基；L是各自独立地选自下述的合成子之间的键：(a)缩合键，和(b)选自下列的键-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′彼此独立地选自氢和烷基；其中键L各自独立地以两个可能构型中的任何一种成形，相对于其偶联在一起的合成子向前和向后，如果所述两种构型是不同的结构。

在另一实施方式中，所述大环结构体具有下式，

其中：

Q是

，J是1-11，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彼此独立地选自氢和1-6C烷基；X选自Cl、Br和I；r是1-50；和s是1-4；Z和Y彼此独立地是氢或亲油基；L是各自独立地选自下述的合成子之间的键：(a)缩合键，和(b)选自下列的键-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′彼此独立地选自氢和烷基；其中键L各自独立地以两个可能构型中的任何一种成形，相对于其偶联在一起的合成子向前和向后，如果所述两种构型是不同的结构。

在另一实施方式中，所述大环结构体具有下式，

其中：

Q是

J是1-11，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彼此独立地选自氢和1-6C烷基；X选自Cl、Br和I；r是1-50；和s是1-4；Z和Y彼此独立地是氢或亲油基；L是各自独立地选自下述的合成子之间的键：(a)缩合键，和(b)选自下列的键-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′彼此独立地选自氢和烷基；其中键L各自独立地以两个可能构型中的任何一种成形，相对于其偶联在一起的合成子向前和向后，如果所述两种构型是不同的结构。

在某些实施方式中，所述纳纳米膜可以与选自下述的固体支撑体偶联：Wang树脂、水凝胶、氧化铝、金属、陶瓷、聚合物、硅胶、琼脂糖凝胶、交联葡聚糖、琼脂糖、无机固体、半导体和硅片。

在一个实施方式中，所述纳米膜在Langmuir槽中于5-15mN/m下在30分钟后保留至少85％膜面积。在其他实施方式中，所述纳米膜在Langmuir槽中于5-15mN/m下在30分钟后保留至少95％膜面积。在另一种实施方式中，所述纳米膜在Langmuir槽中于5-15mN/m下在30分钟后保留至少98％膜面积。

在一个实施方式中，制备大环结构体组成的方法包括：(a)提供许多第一环状合成子；(b)将许多第二环状合成子与所述第一环状合成子接触；(c)分离该大环结构体组成。该方法可进一步包括在(a)或(b)中将连接分子与所述混合物接触。

在另一个实施方式中，制备大环结构体组成的方法包括：(a)提供许多第一环状合成子；(b)将许多第二环状合成子与所述第一环状合成子接触；(c)将许多第一环状合成子与来自(b)的混合物接触。

在另一个实施方式中，制备大环结构体组成的方法包括：(a)提供许多第一环状合成子；(b)将许多第二环状合成子与所述第一环状合成子接触；(c)将许多第三环状合成子与来自(b)的混合物接触。

所述方法可进一步包括在(a)或(b)或(c)中将连接分子与所述混合物接触。所述方法可进一步包括将环状合成子或偶联的合成子载于固体相上。

在另一种实施方式中，制备大环结构体组成的方法包括：(a)将许多环状合成子与金属配合物模板接触；和(b)分离该大环结构体组成。

在另一种实施方式中，一种制备用于通过将选定物种传输通过所述组成的方法包括：选择第一环状合成子，其中所述第一环状合成子被至少一种官能团取代，所述官能团包含含有选自C、H、N、O、Si、P、S、B、Al、卤素和选自碱金属和碱土金属族金属的原子的官能团；选择2～约23个附加环状合成子；将第一环状合成子与所述附加环状合成子合并为大环结构体组成，该组成包含：3～约24个偶联形成限定孔隙的闭合环的环状合成子；其中所述第一环状合成子的至少一个官能团位于该大环结构体组成的孔隙处并且被选择用于传输选定物种通过该孔隙。

大环结构体孔隙

单独的大环结构体可以在其结构中包含孔隙。该孔隙的尺寸可以确定能够通过所述大环结构体的分子或物种的尺寸。大环结构体中孔隙的尺寸可取决于用于制备大环结构体的合成子的结构、合成子之间的键、结构体中合成子的数目、用于制备大环结构体的任何连接分子的结构和所述大环结构体的其他结构特征，其中所述大环结构体的其他结构特征无论在大环结构体制备中是固有的特征还是在后续步骤或改性中附加的特征。大环结构体的立体异构也可以用于调节大环结构体的孔隙尺寸，其通过改变用于制备所述大环结构体的闭合环的每个合成子的立体异构体。

大环结构体中的孔隙尺寸可通过改变用于形成所述大环结构体的合成子的组合或通过改变该闭合环中合成子的数目而改变。孔隙的尺寸还可以通过合成子上的取代基或键而改变。因此，可以制备足够大或足够小的所述孔隙以实现将物种传输通过该孔隙的作用。可传输通过大环结构体的孔隙的物种包括原子、分子、生物分子、离子、带电粒子和光子。

物种的尺寸可能不是决定其能否通过大环结构体的孔隙的唯一因素。位于或靠近大环结构体的孔隙结构的基团或部分可以通过多种机理调节或影响物种传输通过该孔隙的作用。例如，物种传输通过该孔隙的作用可受到大环结构体与该物种相互作用的基团的影响、可受到离子或其他相互作(例如螯合基)的影响、或受到将该物种配合的影响。例如，带电基团如羧酸根阴离子或铵基可偶联带相反电荷的物种并影响其传输作用。大环结构体中的合成子的取代基可以影响物种通过该大环结构体的孔隙的作用。赋予大环结构体的孔隙或多或少亲水性或亲油性的原子类型可以影响物种传输通过该孔隙的作用。原子或一组原子可位于孔隙内或靠近孔隙以从空间上减缓或阻挡物种通过该孔隙。例如，羟基或烃氧基可以偶联到环状合成子上并位于所述大环结构体结构的孔隙中或者可以偶联至合成子之间的键上并位于所述孔隙中。多种官能团可用于从空间上减缓或阻挡物种通过所述孔隙，包括其中含有选自C、H、N、O、Si、P、S、B、Al、卤素和选自碱金属和碱土金属族金属的原子的官能团。阻挡或减缓物种通过所述孔隙可以包括通过空间堵塞的方式减小孔隙尺寸，以及通过产生非线型的通过孔隙的路径而减缓物种的通过，和提供所述官能团与该物种之间的相互作用以减缓传输作用。大环结构体中限定孔隙和其内部结构的部分的立体化学结构也可以影响传输作用。可引入影响物种传输通过大环结构体的孔隙的任何基团或部分作为用于制备大环结构体的合成子的一部分，或通过多种方法后来加入。例如，可以将S7-1与ClC(O)(CH₂)₂C(O)OCH₂CH₃反应以将苯酚基团转化为琥珀酰酯基。另外，部分柔性的大环结构体的合成子和键的分子动态运动可以影响物种传输通过该结构体的孔隙的作用。传输行为不能仅通过大环结构体本身的结构进行描述，因为待传输通过所述孔隙的物种的存在会影响大环结构体的柔性、构象和动态运动。通常，溶剂也会影响溶质传输通过孔隙的作用。

下述实施例进一步描述和说明了在本发明范围内的多种变换方案。在本说明书中描述的实施例(包括上述说明部分和下面实施例)都仅用于说明目的，并不构成对本发明的限制。虽然已经说明性地描述了本发明的多种方案，但是本领域技术人员应认识他们可以在不脱离本发明精神和范围的前提下改变或变换，并且其旨在包括落入附属权利要求书中陈述的本发明实际范围内的所有改变、变换和等价方式。

这里提及的所有文献包括专利申请、专利参考文献、出版物、论文、书籍和条约都通过引用全部并入本文。

实施例

反应试剂从Aldrich Chemical Company和VWR Scientific Products获得。所使用的Langmuir槽是KSV微槽(KSV Instruments，Trumbull，CT)。界面流变实验采用CIR-100界面流变仪(Rheometric Scientific，Piscataway NJ)进行，该流变仪具有宽85mm的KSV Langmuir双障板流变微槽(KSV Instruments，Trumbull，CT)。表面压缩的速率以障板运动的线性速率记录。原子力显微镜(AFM)图像用PicoSPM(Molecular Imaging，Pheonix AZ)获得。接触模式图像一般在流动氮气下用Si探针尖端记录。

实施例1

用(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷(APTES)使SiO₂基体衍化：首先将SiO₂基体在piranha溶液(3∶1的H₂SO₄∶30％H₂O₂)中声波处理15分钟。接着在Milli-Q水(＞18MΩ-cm)中声波处理15分钟。所述衍生步骤在N₂气氛下于手套式操作袋中进行。将0.05mL APTES和0.05mL吡啶加入9mL甲苯中。随后立即混合，将新近清洁的SiO₂基体浸入APTES溶液10分钟。用大量甲苯清洗基体并用N₂干燥。沉积的APTES膜显示0.8～1.3nm厚度值范围。

实施例2

Hexamer1 dh/PMAOD纳米膜在APTES改性的SiO₂基体上沉积：使面积比率50％∶50％的Hexamer1dh∶聚(马来酸酐-交替-1-十八碳烯)(PMAOD)(Aldrich，30,000-50,000MW)溶液在pH9的水亚相上铺展。10分钟后，以3mm/min的速率将该薄膜压到12mN/m。压缩时将纳米膜层沉积到APTES-改性的基体上，在上行程中使用垂直浸渍。所述沉积速率一般为0.25或0.5mm/min。沉积后，在N₂下将该纳米膜于70℃下加热6小时。

图1A所示椭圆偏光成象显示了在所述基体上具有约0.94nm厚度的APTES涂层。在图1B左侧所示的所述涂覆和沉积的纳米膜的厚度是1.94nm，而图1B右侧所示的所述基体的APTES涂层厚度是0.82nm。因此，未固化的纳米膜本身的厚度是1.1nm。一个光滑的物理上均匀的连续且完整的纳米膜被沉积。加热后，所述涂覆和固化的纳米膜的厚度是1.57nm，示于图1C左侧，而图1C右侧所示的基体上的APTES涂层厚度是0.53nm。因此，纳米膜本身的厚度基本没有变化，为1.0nm。在于CHCl₃(图2A)、丙酮(图2B)和水(图2C)中声波处理各5分钟后，纳米膜本身的厚度基本没有变化，分别为0.9nm、1.0nm和1.0nm。因此，椭圆偏光法测量确定了在声波处理过程中从基体上损失的纳米膜材料最少。

实施例3

Hexamer 1dh/PMAOD/DEM纳米膜在APTES改性的SiO₂基体上沉积：将摩尔比率0.1∶0.9的Hexamer 1dh∶PMAOD溶液在pH9的丙二酸二乙酯(DEM)亚相(0.5mg/mL溶液)上铺展。10分钟后，以2mm/min的速率将该薄膜压缩到12mN/m。压缩时将纳米膜层沉积到APTES-改性的基体上，在上行程中使用垂直浸渍。所述沉积速率一般为0.5或1.0mm/min。沉积后，该纳米膜在N₂下于80℃下固化14-19小时以使该纳米膜附着于所述表面。在固化前通过椭圆偏光法测量的纳米膜厚度为1.1nm，而在固化后为0.9～1.0nm。一个光滑的物理上均匀的连续且完整的纳米膜被沉积。在室温下于CHCl₃中声波处理后，通过椭圆偏光法测量的纳米膜厚度为0.7～0.9nm。

实施例4

Hexamer 1dh/PMAOD/DEM纳米膜APTES改性的SiO₂基体上沉积：依照实施例3制备Hexamer 1dh和PMAOD纳米膜，不同的是沉积表面压力是25mN/m。对于浓度0.5mg/mL和2.0mg/mL DEM亚相，沉积得到了光滑的物理上均匀的连续且完整的纳米膜。在室温下于CHCl₃中声波处理后，通过椭圆偏光法测量在赤裸SiO₂基体上的纳米膜厚度为1.2nm，而在APTES改性的SiO₂基体上的纳米膜通过椭圆偏光法测量的厚度为1.4～1.6nm。

实施例5

具有聚合组分PMAOD的DEM和Hexamer 1dh的纳米膜试样的表面流变性能列于表10。参照表10，随着Hexamer 1dh的面积含量减小，相应于聚合组分PMAOD的增加，所述纳米膜的表面模量显著下降。G′代表储存模量，G″代表损耗模量。

表10：具有聚合组分PMAOD的DEM和Hexamer1 dh的纳米膜的流变

                          性能

表面模量G′，G″	HEXAMER的面积含量(φ)
							0.0	0.6	0.8	0.9	0.95	1.0
	G′@10mN/m	0.2	5.9	15.1	5.0	6.1							13.3
G″@10mN/m							7.5	88.2	163.1	97.3	151.4	257.4
	G′@20mN/m	6.6	45.3	65.8	58.8	57.5							147.4
G″@20mN/m							154.7	412.8	474.6	501.7	570.7	1269.9
	G′@30mN/m	35.05	-	-	-	153.5							418.5
G″@30mN/m							391.1	-	-	-	859.6	2707.2

正如表10所示，在粘性纳米膜中G″一般超过G′。表10中的数据表明，对于Hexamer 1dh和DEM的纳米膜，在该纳米膜中引入约5％面积含量的聚合组分PMAOD会使得该纳米膜的模量降低50％以上。所述聚合组分使所述纳米膜更柔韧并且脆性更小。换句话说，表10的数据表明，对于具有约5％面积含量的聚合组分PMAOD的纳米膜，其在5～30mN/m表面压力下的表面损耗模量小于不含聚合组分的相同纳米膜组合物的表面损耗模量的约50％。

为了制备用于表10的纳米膜，将Hexamer1dh和PMAOD的氯仿溶液按照与表10相对应的比例混合，并允许其在室温下平衡大约1小时。随后，将10μl所述氯仿混合物在包含0.5mg/ml DEM的50mM NaHCO3缓冲液(pH9)的液体-空气界面上铺展。当蒸发铺展溶剂15分钟后，将该纳米膜压缩到表面压力10mN/m。然后使用CIR-100界面流变仪(Camtel Ltd，Herts，UK)测量该纳米膜的粘弹性能。在该纳米膜上施加振幅0.02μN*m、频率1Hz的正弦扭矩，并测量具有所得应变的无相位差组分和有相位差组分，从而分别给出弹性和粘性组分。对于表10的数据，响应平均超过约40分钟。

具有聚合组分PMAOD的DEM和Hexamer 1dh的纳米膜试样的表面流变性能示于图3A。图3A中使用的纳米膜是用2.0mg/ml DEM亚相制备的。图3A中虚线曲线是用加热到33℃的亚相获得的，而实线曲线则是用室温22℃下的亚相获得的。图3A中的数据表明，对于Hexamer 1dh和DEM的纳米膜，在该纳米膜中引入约20％面积含量的PMAOD，可使得在10mN/m的表面压力下该纳米膜的损耗模量(G″)下降约一半。图3A的数据还表明亚相的温度较高所述纳米膜的模量通常较高。

具有聚合组分PMAOD的DEM和Hexamer 1dh的纳米膜试样的表面流变性能示于图3B-D。图3B-D中使用的纳米膜是用2.0mg/ml DEM亚相在室温下制备的。图3B-D的数据表明，对于Hexamer 1dh和DEM的纳米膜，在该纳米膜中引入约5％面积含量的PMAOD，可使得在10mN/m或更高的表面压力下该纳米膜的储存和损耗模量(G″)下降超过一半。

实施例6

在聚碳酸酯径迹蚀刻膜(PCTE)上的Hexamer1dh、PMAOD和DEM：可以制备Hexamer 1dh、PMAOD和DEM的纳米膜使得横跨0.01μmPCTE的孔隙。将具有0.1摩尔比率Hexamer∶0.9摩尔比率PMAOD的Hexamer 1dh和PMAOD的溶液在0.5mg/ml DEM的亚相上铺展。在表面压力12mN/m和沉积速率1mm/min的条件下，将一层所得到的纳米膜的通过以2mm/min的垂直浸渍沉积到具有10nm直径孔洞的PCTE上。不加热该试样。所述PCTE基体没有经过等离子处理，并且该纳米膜与所述PCTE的附着不必要通过共价键，而是可以已经通过弱类型的键合或偶联附着。

所述纳米膜的扫描电子显微照片示于图4。图4A显示该纳米膜的中心区域，其中在纳米膜上看不见孔洞。图4B显示远离该纳米膜边缘的区域，其中在纳米膜上看不见孔洞。图4C显示紧邻在图4D的区域，其靠近该纳米膜分边缘并且其中可以看见该纳米膜中少量不同大小的孔洞。图4D显示靠近该纳米膜边缘的区域，其中可以在纳米膜中看到少量不同大小的孔洞。在图4A-4D纳米膜中观察到的孔洞的直径可高达30nm。

为了比较，具有直径10nm孔洞的PCTE基体的扫描电子显微照片示于图5A，其说明了该基体中孔洞的图案。等离子处理后的相同PCTE基体的扫描电子显微照片示于图5B，其说明与图5A中使用的PCTE基体相比孔洞被扩大。

实施例7

来自含水亚相的沉积在SiO₂基体上的PMAOD Langmuir膜的CHCl₃清洗残液的FTIR-ATR光谱示于图6。1737cm^-1(酸羰基)处的吸收是由酸酐水解形成二元酸引起的。

实施例8

Hexamer1dh的FTIR-ATR光谱示于图7。在1450cm^-1处的主要吸收是由所述Hexamer烷基链的-CH₂-的伸缩振动引起的。

实施例9

来自pH 9含水亚相的沉积在SiO₂基体上的Hexamer 1dh和PMAOD的纳米膜的CHCl₃清洗残液的FTIR-ATR光谱示于图8。1737cm^-1处的峰说明存在二元酸形式。该峰的加宽以及在1713cm^-1形成的峰肩说明存在酯和酰胺键的形成。酯形成(1713cm^-1处的峰肩)看来优于酰胺羰基吸收(1630-1680cm^-1)。在PMAOD光谱(图6)中，在1450cm^-1出现的峰与在1737cm^-1出现的峰的面积比为约3∶1。图8中观察到的所述相同峰的比值小于1，并且说明由于在羰基区域的吸收率提高形成了酯或酰胺。这说明所述结构体通过所述酚和仲胺基团偶联到PMAOD聚合物。

实施例10

来自pH 9的DEM亚相的沉积在SiO₂基体上的Hexamer 1dhLangmuir膜的CHCl₃清洗残液的FTIR-ATR光谱示于图9。观察到了1737cm^-1和1713cm^-1处的吸收峰。羰基吸收峰说明酰胺键可能已经形成，从而表明所述结构体与所述交联剂之间的偶联。

实施例11

来自pH 9DEM亚相的沉积在SiO₂基体上的由Hexamer 1dh和PMAOD制得的纳米膜的CHCl₃清洗残液的FTIR-ATR光谱示于图10。羰基区域与图8相似，这是由于DEM可以与Hexamer的胺官能团反应形成酰胺交联所致。此外，PMAOD和该Hexamer之间可能形成酯。这说明所述体结构与聚合物之间以及所述结构体与交联剂之间的偶联。

实施例12

等离子处理过的PCTE的接触模式AFM图像示于图11。使用AFM尖端使该基体的表面部分光滑，如图11底部显示板所示。

实施例13

制备在溶液中预混合的摩尔比率0.8∶0.2的Hexamer 1dh∶PMAOD的纳米膜，并通过垂直浸渍使其沉积在涂覆APTES的SiO₂基体上。在N₂下将该纳米膜于70℃下固化15小时。在流动N₂下获得的该纳米膜的接触模式AFM图像示于图12A。参照图12A，顶部显示板显示连续纳米膜的图像，而底部显示板显示通过用AFM尖端刮去一片面积约250nm²的纳米膜后的相同纳米膜的图像。在通过所述尖端产生的孔洞的边缘观察的该膜的厚度为2～3nm。相同组成的第二纳米膜在N₂下于70℃下固化39小时。在流动N₂下获得的所述第二纳米膜的接触模式AFM图像示于图12B。参照图12B，顶部显示板显示连续纳米膜的图像，而底部显示板显示在尝试用AFM尖端刮去一片纳米膜后的相同纳米膜的图像。该纳米膜不能被刮去，从而说明较长时间固化的纳米膜通过热处理更牢固地附着于所述基体上。

实施例14

由Hexamer 1dh和PMAOD及DEM制备的、具有0.10摩尔比率Hexamer 1dh∶0.90摩尔比率PMAOD的纳米膜的接触模式AFM图像示于图13。该纳米膜通过垂直浸渍沉积在具有随机排列的直径0.01μm孔洞的PCTE上。AFM尖端在该纳米膜中产生的凹陷清晰可见。

实施例15

由两亲物-十八胺(ODA)和两性聚合物-聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(Polysciences，Warrington PA，Mw100,000，多分散性1.1)，通过将该两组分的氯仿溶液加热到55℃持续18小时、然后在室温下将其铺展于100mMNaH₂PO₄缓冲液(pH7.3)的液体与空气的界面上而制备纳米膜。示于图14的由1∶1的ODA∶PMMA混合物制备的纳米膜及其组分的等温线说明，ODA和PMMA的等温线各自在该纳米膜中基本保持相同的形状。总之，图14的等温线说明ODA与PMMA在该纳米膜中是不可混溶的。

实施例16

由两亲物ODA和两性聚合物PMAOD通过将在氯仿中的摩尔比1∶1的ODA∶PMAOD铺展于液体-空气界面上而制备纳米膜。示于图15的该纳米膜的等温线显示出不同于任何一个单独组分的形状，以及远远高于任何一个单独组分的平均分子面积。总之，图15的等温线说明ODA和PMAOD在该纳薄膜中是不可混溶的。

实施例17

将Hexamer 1dh和PMMA的溶液铺展于在水亚相上方的液体-空气界面上以形成具有0.6面积含量的Hexamer 1dh的纳米膜。将一层所形成的纳米膜通过垂直浸渍以20mN/m的表面压力沉积在涂覆APTES的硅基体上。该沉积纳米膜的接触模式AFM图像示于图16并说明了相分离的纳米膜组合物，其证实Hexamer 1dh/PMMA混合物是不可混溶的。连续相的高度约比非连续相高1nm。用AFM探针尖端在各连续相和非连续相中产生变形以证实这两相由纳米膜组成并且不是基体的一部分。作为比较，只有PMMA的Langmuir-Blodgett沉积物的椭圆偏光图像显示了一个厚度约0.6～1.0um的均匀的连续且完整的膜。

实施例18

将Hexamer1dh和PMAOD的溶液在包含2mg/ml DEM的水亚相上方的液体-空气界面上铺展以形成纳米膜。该纳米膜的表面流变性能示于图17。参照图17，给出了随亚相温度升高该纳米膜的储能和损耗表面模量随时间的变化。Tbath表示周围循环浴液的温度，而T℃表示亚相的温度。

实施例19

将Hexamer 1dh和聚(甲基丙烯酸2-羟乙基酯)(PHEMA)的溶液在包含2mg/ml DEM的水亚相上方的液体-空气界面上铺展以形成纳米膜。

该纳米膜的表面流变性能示于表11。参照表11，给出了随组分摩尔比率的变化的该纳米膜的储能和损耗表面模量。

表11：具有聚合组分的Hexamer 1dh和DEM的纳米膜的流变性能

Hexamer 1dh的摩尔含量	10mN/m		20mN/m		30mN/m
							G′	G″	G′	G″	G′	G″
	00.50.75100	0.07*325.813.3	14*649172257	-13864147	-12336601297	-291172419							-166012062707

^*在5mN/m下获得。

表11的数据说明，对于Hexamer1dh、PHEMA和DEM的纳米膜，向该纳米膜中引入摩尔比率约25％的聚合组分，从而减少该纳米膜在30mN/m表面压力下的损耗模量(G″)超过50％。在表11中，该纳米膜的损耗和储能表面模量随着PHEMA摩尔比率由0.25提高到0.5而提高说明PHEMA与交联剂偶联。

实施例20

在含有1％(体积)乙二胺的亚相上的聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PGM)单层的流变表征按照下述步骤进行。将10μl的PGM(1mg/mL)氯仿溶液在1％乙二胺亚相的液体-空气界面上铺展。当蒸发铺展溶剂15分钟后，将该薄膜压缩至表面压力10mN/m。然后在30℃下使用CIR-100界面流变仪(Camtel LTD，Herts，UK)测量该膜的粘弹性能。简要地，在该膜上施加振幅0.02μN.m、频率1Hz的正弦扭矩，并测量具有所得应变的无相位差组分和有相位差组分，分别给出弹性和粘性组分。测量该响应约70分钟，然后平均数据。随后，在碱性亚相(pH＝10.5和12)用PGM进行对比实验，以确定pH是否对在乙二胺亚相上进行的实验中观察到的高粘性中发挥任何作用。图8中的流变数据表明，与在碱性亚相上的PGM相比，在乙二胺亚相上制得的PGM膜的表面模量几乎提高了2个数量级。由此看来，乙二胺将PGM交联到纳米膜上。当在纯H₂O亚相上铺展时，PGM产生具有大约10mN/m塌陷压力(数据未显示)的Langmuir膜。

实施例21

在不希望局限于任何一种特殊理论的情况下，一种估算大环结构体的孔隙大小的方法是量子力学(QM)和分子力学(MM)计算。在该实施例中，使用具有两种类型合成子″A″和″B″的大环结构体并假定合成子之间的所有键是相同的。为了QM和MM计算的目的，在动态运转中计算孔隙面积的标准差。

对于QM，每个结构体首先用Allinger(JACS，1977，99：8127)和Burkert等人(Molecular Mechanics，ACS Monograph 177，1982)的MM+力场方法进行优化。然后，用AM1哈密顿算子(Dewar等人，JACS，1985，107：3903；Dewar等人，JACS，1986，108：8075；Stewart，J.Comp.Aided Mol.Design，1990，4：1)将其再优化。为了检验在优化结构附近的势能表面的特性，使用数字二阶差分(double differencing)计算共扼海森矩阵。

对于MM，使用OPLS-AA力场方法(Jorgensen等人，JACS，1996，118：11225)。对于亚胺键，两面角限于180°±10°。将该结构体最小化并以0.5毫微微秒的时间步长使其平衡1微微秒。然后，以1.5毫微微秒的时间步长进行5毫微秒的动态运转。每微微秒保存结构信息。结果示于表12和13。

对于多种键和大环结构体的孔隙尺寸，由QM和MM计算获得的大环结构体的孔隙面积示于表12。在表12中，所述大环结构体具有交替的合成子″A″和″B″。合成子″A″是在1，3-苯基位与键L偶联的苯合成子，合成子″B″列在表的左栏。

                                    表12：多种大环结构体的孔隙面积(_²)

合成子B	TETRAMERQM	TETRAMERMM	HEXAMERQM	HEXAMERMM	OCTAMERQM	OCTAMERMM
							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-，2-环己烷			酯18.9_2	酯19.6±2.0_2
平伏-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-1，3-环己烷			胺14.7_2	胺19.9±2.6_2
平伏-1，3-环己烷			酰胺24.8_2	酰胺21.7±1.8_2
							平伏-1，3-环己烷			酯219_2	酯22.8±2.4_2
平伏-1，3-氨基-环己烯	亚胺(反式)氧-氧间距2.481_	亚胺(反式)氧-氧间距3.7±3_	亚胺(反式)18.4_2	亚胺(反式)21.0±1.5_2	亚胺(反式)56.7_2	亚胺(反式)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-1，3-哌啶烯			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±+-11_2
							内-外-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-1，3-环己烷			胺9.8_2	胺9.9±2.4_2
内-外-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-3，9-萘烷			亚胺(反式)35.4_2	亚胺(反式)40.0±2.2_2

对于多种键和大环结构体孔隙大小，由QM和MM计算获得的其他的大环结构体的孔隙面积示于表13。在表13中，所述大环结构体具有交替的合成子″A″和″B″。在表13中，合成子″A″是在2，7-萘基位与键L偶联的萘合成子，合成子″B″列在表的左栏。

        表13：多种大环结构体的孔隙面积(_²)

合成子B	HexamerQM	HexamerMM
			反-1，2-环己烷内-内-1，3-双环庚烷	亚胺(反式)23.5_亚胺(反式)30.1_	亚胺(反式)25.4±4.9_亚胺(反式)30.0±3.6_

某些具有取代基的Hexamer大环结构体的能量最小化构象的实例示于图19A和19B。参照图19A，显示了一种具有-OH取代基的Hexamer 1-h-(OH)₃。参照图19B，显示了一种具有-OEt取代基的Hexamer 1-h-(OEt)₃。这两种实例之间在孔隙结构和面积上的差别是明显的，所述差别还反映了构象和柔韧性的差别。该大环结构体形成了可用于调节孔隙的组合物。对于该Hexamer组成，在羟基合成子取代基和乙氧基合成子取代基之间优先选择乙氧基合成子取代基是一种可用于传输选定物种的方法。

     Hexamer 1-h-(OH)₃                      Hexamer 1-h-(OEt)₃

实施例22

大环结构体的孔隙大小通过实验使用电压固定的双层程序测定。将一些大环结构体嵌入由磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺形成的脂质双层。在该双层的一侧放置其中包含要测试的阳离子物种的溶液。另一侧是其中包含已知能够通过该大环结构体孔隙的对比阳离子物种的溶液。选择电荷平衡需要的阴离子，其不能通过该大环结构体的孔隙。当将正电势能施加到所述脂质双层一侧的包含待测试物种的溶液上时，如果所述物种通过该大环结构体中的孔隙，则探测到电流。然后使该电压反向以探测由对比物种传输通过该孔隙而产生的电流，从而证实该双层是传输作用的障碍物并且该大环结构体的孔隙提供了传输物种的作用。

使用上述技术，由1R，2R-(-)-反式二氨基环己烷和2，6-二缩甲醛-4-(1-十二-1-炔基)苯酚合成子组成的具有作为连接体的亚胺基的六聚大环结构体(表1中的第一种结构体)用于测试传输多种离子物种的作用。结果列于表14。

          表14：用于大环结构体孔隙尺寸的电压固定双层测试

离子物种	离子物种的范德华半径计算值(_)	具有一个水壳层的离子物种的范德华半径计算值(_)	离子物种是否通过孔隙？
				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
				氨基胍盐	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中的结果表明，通过所选择的结构体中的孔隙的截留通过值为2.0～2.6_的范德华半径。在表12中，所述QM和MM计算的孔隙大小以面积给出。利用圆面积公式A＝πr²，表12中第一结构体孔隙的面积计算值为14.3_²，得出r值是2.13_。具有小于2.13_范德华半径的离子将有望通过该孔隙，而那些半径较大的则不能通过，与实验观察到的一致。具有2.0_半径的CH₃NH₃ ⁺通过该孔隙而具有2.6_半径的CH₃CH₂NH₃ ⁺则通不过。不局限于特定理论，并考虑多种影响孔隙传输的因素，所观察到的水合离子穿过该孔隙的能力可归因于所述物种部分脱水进入该孔隙，水分子和离子分别通过该孔隙或传输期间相互作用减少，以及传输后水分子和离子的再配位。孔隙结构的细节、组成和化学性质、大环结构体的柔韧性以及其他相互作用可影响所述传输过程。

实施例23

1，2-亚胺-连接的和1，2-胺-连接的Hexamer大环结构体的孔隙性能列于表15。参照表15，该双分子层夹(clamp)数据表明某种物种经过所述结构体孔隙的通过和排斥与该孔隙的计算尺寸有关。另外，这些令人吃惊的数据说明，除了其他因素之外，原子的位置和/或结构特征的非常小的改变可以引起传输性能的不连续变化并且使得可以通过改变合成子和键来调节通过该孔隙的传输作用。

                表15：用于大环结构体孔隙尺寸的电压固定双层测试

溶质物种	溶质的半径	溶质与H2O的半径(括号中第2水合层的半径)	Hexamer 1a(1，2-亚胺)半径＝3.3_	Hexamer 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
NH4 +	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
					氨基胍盐	3.1	4.1	否	是
Choline	3.8	4.8	否	是
					NEt4 +	3.9	4.4	否	否
葡糖胺	4.2	5.2	否	否
					NPr4 +	-	-	-	否

        Hexamer 1a-1，2-亚胺                                Hexamer 1jh-1，2-胺

实施例24

膜的过滤功能可依据溶质排斥特性加以描述。表16-17列举了某些纳米膜的过滤功能

          表16：G-膜的过滤功能实例

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

             表17：T-膜的过滤功能实例

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

溶质的通过或排斥通过其通过率测量，其反映了实际通过膜的溶质比例。在表16-17中的未通过符号表示溶质被纳米膜部分排斥，有时小于90％排斥，经常至少90％排斥，有时至少98％排斥。通过符号表示溶质被纳米膜部分通过，有时小于90％通过，经常至少90％通过，有时至少98％通过。

实施例25

选择性过滤和溶质的相对通过率列举于表18。表18中，标题“高渗透性”表示大于约70～90％的溶质通过率。标题“中等渗透性”表示小于约50～70％的溶质通过率。标题“低渗透性”表示小于约10～30％的溶质通过率。

                             表18：通过纳米膜的溶质通过率

纳米膜	高渗透性	中等渗透性	低渗透性
				Hexamer 1a	H2O，Na+，K+，Cs+	Ca2+，Mg2+，磷酸根	葡萄糖，Li+，脲，肌酸酐
水纳米膜	H2O	葡萄糖，Na+，K+，磷酸根	Ca2+，Mg2+，Li+，脲，肌酸酐
				离子纳米膜	H2O，Na+，K+，磷酸根	葡萄糖	Ca2+，Mg2+，Li+，脲，肌酸酐
葡萄糖纳米膜	H2O，Na+，K+，葡萄糖	磷酸根	Ca2+，Mg2+，Li+，脲，肌酸酐
				G纳米膜	H2O，Na+，K+，磷酸根葡萄糖，Ca2+，Mg2+，Li+，脲，肌酸酐	维生素，B12，胰岛素，β2微球蛋白	肌红蛋白，卵清蛋白，清蛋白
气体纳米膜	He，H2	-	H2O和更大，一般地液体
				阴离子纳米膜	Cl-	HCO3 -，磷酸根	---

实施例26

表19列出了在过滤过程中考虑的多种物种的近似直径：

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

合成子和大环结构体合成方法

在本说明书中(包括在上述说明部分和下面的实施例部分)以及在附图中列举和描述的所有化学结构都旨在覆盖和包括可预见结构的多种变换方式和异构体，当列举、说明书或附图没有明确限定任何特定异构体时，包括所有的立体异构体和结构或构型异构体。

制备环状合成子的方法

为了避免从非特定反应形成的复杂混合物中分离单一构型或对映异构体的需求，立体选择或至少立体选择偶联反应可用于制备本发明的合成子。下述是适合制备本发明大环结构体的若干类型合成子的合成方案实例。通常，在结构标明了中心合成子，亲油部分没有显示，但是，应该理解的是下述所有合成方案可以包含用于制备两性和其他改性大环结构体的附加亲油或亲水部分。物种按照其出现的方案编号，例如″S1-1″指在方案1中的结构1。

                            方案1

方案1显示了一种制备1，3-二氨基环己-5-烯合成子的方法。对称二酯S1-1的酶辅助部分水解用于提供对映异构纯S1-2。将S1-2经历Curtius反应，然后用苯甲醇淬冷产生被保护的氨基酸S1-3。碘内酯化羧酸S1-4，然后通过脱去卤化氢产生不饱和内酯S1-6。用甲醇钠打开内酯环产生醇S1-7，其在包括甲磺酰化、以叠氮化合物的SN₂置换、用二碳酸二叔丁基酯还原和保护所得的胺的单罐反应(one pot reaction)中通过构型转换变为S1-8。S1-8差向异构为更稳定的双平伏构型，随之通过皂化反应产生羧酸S1-10。将S1-10经历Curtius反应。使用氯甲酸乙酯制备混合的酸酐，然后通过与NaN₃反应产生酰基叠氮化物，其在回流苯中热重排为异氰酸酯。该异氰酸酯用2-三甲代甲硅烷基乙醇淬冷以产生差别保护的三氨基甲酸酯S1-11。与三氟乙酸反应选择性地使1，3-二氨基脱保护以产生期望的合成子S1-12。

在另一种方案中，一种制备1，3-二氨基环己烷合成子的方法示于方案1a。

                        方案1a

这些制备方法的某些方面已由Suami等人在J.Org.Chem.1975，40，456和Kavadias等人在Can.J.Chem.1978，56，404中描述。

在另一种方案中，一种制备合成子1，3-取代环己烷的方法示于方案1b。

                         方案1b

该合成子将保持“Z-保护”直到所述大环结构体已经环化。后来通过脱氢过程进行脱保护以产生具有胺官能团的大环结构体。

降冰片烷(双环庚烷)可用于制备本发明合成子，并且可以实现降冰片烷的立体化学控制的多官能化。例如，Diels-Alder环加成反应可用于形成其中包含具有特定可预知的立体化学性质的多个官能团的降冰片烷。通过使用适当的反应试剂也可以获得对映异构改进的产物，从而限制手性分离的需要。

一种制备合成子1，2-二氨基降冰片烷的方法示于方案2。

                        方案2

5-(苄氧基-甲基)-1，3-环戊二烯(S2-13)在低温下与富马酸二-(l)-孟基酯的氯化二乙基铝路易斯酸配合物(S2-14)反应以产生非对映异构的纯的降冰片烯S2-15。在含水乙醇中与氢氧化钾进行皂化反应产生二元酸S2-16，将其经历与二苯基磷酰基叠氮化物(DPPA)的串联Curtius反应，反应产物用2-三甲代甲硅烷基乙醇淬冷产生二氨基甲酸酯S2-17。用TFA脱保护产生二胺S2-18。

针对该类别合成子的另一种方法概述于方案3。在奎尼丁存在下用甲醇将酸酐S3-19开环产生对映异构的纯酯酸S3-20。该酯基用甲醇钠(NaOMe)差向异构产生S3-21。与DPPA进行Curtius反应后用三甲基甲硅烷基乙醇淬冷产生氨基甲酸酯S3-22。用NaOH皂化产生酸S3-23，其进行Curtius反应，然后用苯甲醇淬冷产生差别保护的二氨基甲酸酯S3-24。化合物S3-24可完全脱保护产生所述二胺或者所述氨基甲酸酯中的一种可选择性地脱保护。

                        方案3

一种制备内，内-1，3-二氨基降冰片烷合成子的方法示于方案4。5-三甲代甲硅烷基-1，3-环戊二烯(S4-25)在低温下与富马酸二-(l)-孟基酯的氯化二乙基铝路易斯酸配合物反应以产生几乎非对映异构的纯的降冰片烯S4-26。S4-26从乙醇中结晶导致大于99％的单一非对映体的回收率。溴内酯化后通过银调节的重排作用产生在7-位具有醇片段的混合二酯S4-28。用苄基溴保护所述醇和甲基酯的选择性脱保护产生游离羧酸S4-30。Curtius反应形成氨基甲酸三甲基甲硅烷基乙基酯降冰片烯S4-31。烯烃在甲醇中双重羰基化，接着通过一步脱保护和脱水产生单-酸酐S4-33。用甲醇对所述酸酐进行奎尼丁调节的开环作用产生S4-34。S4-34的Curtius转换产生二氨基甲酸酯S4-35，其用TFA或氟化四丁基铵(TBAF)脱保护以产生二胺S4-36。

                        方案4

针对该类别合成子的另一种方法概述于方案5。在奎尼丁存在下S3-19的苯甲醇开环以高对映异构体过量产生S5-37。碘内酯化，接着用NaBH₄还原产生内酯S5-39。用NaOMe处理释放甲基酯和游离醇以生成S5-40。醇S5-40向方反向氨基甲酸叔丁酯保护的胺S5-41的转化在单罐装反应中通过下述步骤完成：用叠氮化物替换甲磺酰酯S5-40，接着还原为胺，其用二碳酸二叔丁酯保护。进行所述苄基酯的氢化裂解作用和所述甲基酯向外-构型的差向异构作用，之后通过用苄基溴保护游离酸产生S5-44。将所述甲基酯皂化，接着三甲基甲硅烷基乙醇淬冷Curtius反应产生二氨基甲酸酯S5-46，其用TFA断裂以产生所希望的二胺S5-47。

                        方案5

一种制备外，内-1，3-二氨基降冰片烷合成子的方法示于方案6。在奎尼丁存在下降冰片烯酸酐S3-19的对甲氧基苯甲醇开环作用以高对映异构过量产生单酯S6-48。所述游离酸的Curtius反应产生受保护的所有内一元酸-一元胺S6-49。双重羰基化和酸酐形成产生外-一元酸酐S6-51。在奎尼丁存在下选择性甲醇醇解产生S6-52。三甲基甲硅烷基乙醇淬冷的Curtius反应产生二氨基甲酸酯S6-53。所述两种酯的差向异构作用形成了空间上更稳定的S6-54。氨基甲酸酯基的裂解产生合成子S6-55。

                         方案6

制备大环结构体的方法

合成子可彼此偶联形成大环结构体。在一种方案中，合成子的偶联可以协同方案进行。通过协同路径制备大环结构体的方法可使用例如至少两种类型的合成子进行，每种类型具有至少两个用于偶联其他合成子的官能团。可以选择所述官能团使得一种类型合成子的官能团只能与另一种类型合成子的官能团偶联。当使用两种类型合成子时，可以形成具有不同类型合成子交替的大环结构体。方案7列举了一种协同的结构体合成方法。

参照方案7，1，2-二氨基环己烷S7-1是一种具有两个与其他合成子偶联的氨基官能团的合成子，而2，6-二甲酰基-4-十二-1-炔基苯酚S7-2是一种具有两个与其他合成子偶联的甲酰基的合成子。氨基可以与酰基偶联形成亚胺键。在方案7中，给出了一种协同产物Hexamer大环结构体。

在一种方案中，可在协同方案中形成四聚物、六聚物和八聚物大环结构体的混合物。这些大环结构体的收率可通过改变多种合成子在反应物混合物中的浓度以及除了其他因素之外通过改变溶剂、温度和反应时间而改变。

                        方案7

S7-3的亚氨基可以用例如硼氢化钠还原产生胺键。如果所述反应使用2，6-二(氯代羰基)-4-十二-1-炔基苯酚代替2，6-二甲酰基-4-十二-1-炔基苯酚进行，那么生成的结构体将包含酰胺键。同样地，如果1，2-二羟基环己烷与2，6-二(氯代羰基)-4-十二-1-炔基苯酚反应，那么生成的结构体将包含酯键。

在某些方案中，合成子的偶联可以逐步方式完成。在逐步制备大环结构体的一种实例中，用一种受到保护的官能团和一种未保护的官能团取代第一种类型合成子。用未保护的将与第一合成子的未保护官能团偶联的官能团取代第二种类型合成子。第一种类型合成子与第二种类型合成子接触的产物可以是由两个偶联的合成子构成的二聚物。第二合成子也可以用另一种官能团取代，所述的另一种官能团是受到保护的，或者是当形成二聚物时不与第一合成子偶联的。所述二聚物可以被分离和纯化，或者所述制备可以以单罐方法进行。所述二聚物可以与具有两个官能团的第三合成子接触，所述两个官能团中只有一个可以与第一合成子或第二合成子的残留官能团偶联形成由三个偶联合成子构成的三聚物。所述合成子的逐步偶联可以重复以形成多种环尺寸的大环结构体。为了环化或闭合所述大环结构体的环，第n个偶联到所述产物的合成子可以用可与先前偶联的合成子的尚未偶联的第二官能团偶联的第二官能团取代，为了该步骤其中所述先前偶联的合成子的尚未偶联的第二个官能团可以脱保护。所述逐步方法可以与合成子在固相载体上进行。方案8列举了结构SC8-1的逐步制备方法。

化合物S8-2与S8-3在甲磺酰氯存在下反应(Endo，K.；Takahashi，H.Heterocycles，1999，51，337)以产生S8-4，其中苯酚保护成为二苄醚并且氮显示用基团″P″保护，基团″P″可以是本领域公知的大量保护基中的任何一种。除去N-保护基团产生游离胺S8-5，其可以利用任何标准的肽偶联反应如BOP/HOBt与合成子S8-6偶联产生S8-7。重复脱保护/偶联，交替合成子S8-3和S8-6，直到获得具有8个残基的线型结构。除去八聚体上的残留酸和胺保护基，而且使低聚物环化，参见例如Caba，J.M.，等人，J.Org，Chem.，2001，66：7568(PyAOP环化反应)和Tarver，J.E.等人，J.Org，Chem.，2001，66：7575(活性酯环化反应)。所述R基是H或通过官能团与苯环键结的烷基，X是N、O或S。固体载体的实例包括Wang树脂、水凝胶、硅胶、琼脂糖凝胶、交联葡聚糖、琼脂糖和无机固体。使用固体载体可通过在过程中省去纯化中间体而简化步骤。最后的环化反应可以固相模式进行。“safety-catch linker”方法(Bourne，G.T.，等人，J.Org，Chem.，2001，66：7706)可用于在单一操作中获得环化和树脂裂解。

                        方案8

在另一种方案中，一种协同方法如方案9所示包含使两种或多种合成子与连接分子接触，其中R可以是烷基或其他亲油基团。

                        Tetramer-单二环庚烷

                       方案9

在另一种方案中，一种逐步线性方法如方案10所示包含多种合成子和固相载体。

                       方案10

在另一种方案中，一种逐步会聚方法如方案11所示涉及合成子三聚物和固相载体。该方法也可以不用固相载体在溶液中使用三聚物进行。

树脂上的线型三聚体  溶液中的线性三聚体        树脂上的环化六聚体

                        方案11

在另一种方案中，一种模板方法如方案12所示涉及通过模板合并在一起的合成子。该方法(和Mg²⁺模板)的某些方面由Dutta等人在Inorg.Chem.1998，37，5029中描述。

                        方案12

在另一种方案中，一种连接分子方法如方案13所示涉及在溶液中环化合成子。

                        方案13

用于下列实施例的反应试剂由Aldrich Chemical Company和VWRScientific Products获得。除非另有说明，所有反应都在氮气或氩气氛下进行。水溶液的溶剂萃取物在无水Na₂SO₄上干燥。在减压下使用旋转蒸发器浓缩溶液。薄层色谱(TLC)在Analtech硅胶GF(0.25mm)板或在Machery-Nagel Alugram Sil G/UV(0.20mm)板上进行。色谱图用紫外光、磷钼酸、或者KMnO₄显像。除非另有说明，所有述化合物通过TLC显示是均匀的。HPLC分析使用反相C-18二氧化硅柱在Hewlett Packard1100系统中进行。对映异构体过量通过HPLC使用来自RegisTechnologies的反相(l)-亮氨酸二氧化硅柱测定。所有的¹[H]和¹³[C]NMR谱都在Varian Mercury系统中于400MHz下收集。电喷雾质谱通过Synpep Corp.，或在Thermo Finnigan LC-MS系统中获得。

实施例27

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。一次性加入4-溴苯酚(22.74g，131mmol)，在油浴中将该溶液加热到120℃并在氩气下搅拌48小时。然后将该反应混合物冷却到环境温度。加入水(160mL)和50％的H₂SO₄水溶液(80mL)并再搅拌该溶液2小时。将该反应混合物倒入水(1600mL)中并在布氏漏斗上收集形成的沉淀物。将所述沉淀物溶于乙酸乙酯(EtOAc)并使该溶液在MgSO₄上干燥。过滤该溶液并在旋转蒸发器中除去溶剂。通过在硅胶(400g)上的柱色谱法利用乙酸乙酯在己烷中的15-40％的梯度进行的提纯导致分离出黄色固体产物(18.0g，60％)。

¹H NMR：(400MHz，CDC₁₃)δ11.54(s，1H，OH)，10.19(s，2H，CHO)，8.08(s，2H，ArH)。

实施例28

2，6-二甲酰基-4-(十二炔-1-基)苯酚

将2，6-二甲酰基-4-溴苯酚(2.50g，10.9mmol)、1-十二炔(2.00g，12.0mmol)、CuI(65mg，0.33mmol)和氯化二(三苯基膦)钯)II)悬浮于脱气乙腈(MeCN)(5mL)和脱气苯(1mL)中。用氩气喷射该黄色悬浮液30分钟并加入脱气Et₃N(1mL)。将所形成的棕色悬浮液密封于压力瓶中，升温到80°C并在该温度下保持12小时。该混合物然后在EtOAc和KHSO4溶液之间分配。分离有机层，用盐水清洗，干燥(MgSO₄)并在减压下浓缩。暗黄色的油状物通过在硅胶(溶于己烷的25％Et2O)上进行柱色谱法提纯产生1.56g(46％)所述标题化合物。

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

¹³CNMR：(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C₂₀H₂₇O₃的计算值为315.1960；实验值为315.1958[M⁺H]⁺。

实施例29

2，6-二甲酰基-4-(十二烯-1-基)苯酚

将2，6-二甲酰基-4-溴苯酚(1.00g，4.37mmol)、1-十二烯(4.8mL，21.7mmol)、1.40g溴化四丁基铵(4.34mmol)、0.50g NaHCO₃(5.95mmol)、1.00g LiCl(23.6mmol)和0.100g二乙酸钯(Pd(OAC)₂)(0.45mmol)于30mL脱气无水二甲基甲酰胺(DMF)中混合。用氩气喷射该混合物10分钟并密封于压力瓶中，将其升温到82℃并保持40小时。所得到的粗反应混合物在CH₂C₁₂和0.1M HCl溶液间分配。用0.1M HCl(2次)、盐水(2次)和饱和NaHCO₃水溶液(2次)清洗有机层，在MgSO₄上干燥并在减压下浓缩。暗黄色的油状物通过在硅胶(溶于Et₂O的25％己烷)上进行柱色谱法提纯产生0.700g(51％)作为主要的所述Z异构体的所述标题化合物。

¹HNMR：(400MHZ，CDCl₃)δ11.50(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，烯丙基的)，1.30-1.61(m，16H，脂族的)，0.95(t，3H，J＝7.0Hz，CH₃)。

MS(FAB)：对于C₂₀H₂₇O₃，计算值为315.20；实验值：315.35[M^-H]^-。

实施例30

(1R，6S)6-甲氧羰基-3-环己烯-1-羧酸(S1-2)

将S1-1(15.0g，75.7mmol)悬浮于pH7磷酸盐缓冲液(950mL)中。加入猪肝酯酶(2909单位)，在环境温度下搅拌该混合物72小时并通过加入2M NaOH使pH保持为7。用乙酸乙酯(200mL)清洗该反应混合物，用2M HCl酸化到pH2，并用乙酸乙酯萃取(3×200mL)。混合萃取物，干燥并蒸发以提供13.8g(99％)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31

(1S，6R)-6-苄氧羰基氨基环己-3-烯羧酸甲酯(S1-3)

在N₂下将S1-2(10.0g，54.3mmol)溶于苯(100mL)中。加入三乙胺(13.2g，18.2mL，130.3mmol)，接着加入DPPA(14.9g，11.7mL，54.3mmol)。回流该溶液20小时。加入苯甲醇(5.9g，5.6mL，54.3mmol)并连续回流20小时。用EtOAc(200mL)稀释该溶液，用饱和NaHCO₃水溶液(2×50mL)、水(20mL)和饱和NaCl水溶液(20mL)清洗，干燥并蒸发以提供13.7g(87％)S1-3。

¹H NMR：(CDCl₃)δ2.19(dt，1H，5_ax-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-h和4-H′s)，7.35(m，5H，ArH′s)。

实施例32

(1S，6R)-6-苄氧羰基氨基环己-3-烯羧酸(S1-4)

将S1-3(23.5g，81.3mmol)溶于MeOH(150mL)并将该溶液冷却到0℃。加入2M NaOH(204mL，0.41mol)，使该混合物达到环境温度并之后搅拌48小时。用水(300mL)稀释该反应混合物，用2M HCl酸化，并用二氯甲烷(250mL)萃取，干燥并蒸发。将残留物从乙醚中重结晶以提供21.7g(97％)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，ArH′s)。

实施例33

(1S，2R，4R，5R)-2-苄氧羰基氨基-4-碘代-7-氧代-6-氧杂二环[3.2.1]辛烷(S1-5)

在N₂下将S1-4(13.9g，50.5mmol)溶于二氯甲烷(100mL)。加入0.5MNaHCO₃(300mL)、KI(50.3g，303.3mmol)和碘(25.6g，101mmol)并在环境温度下搅拌该混合物72小时。该混合物用二氯甲烷(50mL)稀释，并分离有机相。所述有机相用饱和Na₂S₂O₃水溶液(2×50mL)、水(30mL)和饱和NaCl水溶液(20mL)清洗，干燥并蒸发以提供16.3g(80％)S1-5。

¹HNMR：(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34

(1S，2R，5R)-2-苄氧羰基氨基-7-氧代-6-氧杂二环[3.2.1]辛烯(S1-6)。

在N₂下将S1-5(4.0g，10mmol)溶于苯(50mL)。加入1，8-二氮杂二环[5.4.0]十一-7-烯(DBU)(1.8g，12mmol)并回流该溶液16小时。过滤沉淀物并用EtOAc(200mL)稀释滤出液。用1M HCl(20mL)、饱和Na₂S₂O₃水溶液(20mL)、水(20mL)和饱和NaCl水溶液(20mL)清洗所述滤出液，干燥并蒸发以提供2.2g(81％)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35

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

将S1-6(9.0g，33mmol)悬浮于MeOH(90mL)并冷却到0℃。加入NaOMe(2.8g，52.7mmol)并搅拌该混合物3小时，在此期间逐渐形成溶液。该溶液用2M HCL中和，用饱和NaCl水溶液(200mL)稀释，并用二氯甲烷(2×100mL)萃取。混合萃取物，用水(20mL)和饱和NaCl水溶液清洗(20ML)，干燥并蒸发。对残留物进行快速色谱分析(硅胶(250g)，50∶50己烷/EtOAc)以提供8.5g(85％)S1-7。

¹HNMR：(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，Ar H′s).

实施例36

(1S，2R，5S)-2-苄氧羰基氨基-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)并冷却到0℃。加入三乙胺(6.3g，8.7mL，62.1mmol)和甲磺酰基氯(7.1g，62.1mmol)并在0℃下搅拌该混合物2小时。加入溶于二氯甲烷(50mL)的(n-Bu)₄NN₃(14.7g，51.7mmol)并在0℃下连续搅拌3小时，接着在环境温度下搅拌15小时。将所述混合物冷却到0℃并加入P(n-Bu)₃(15.7g，19.3mL，77.7mmol)和水(1mL)，并在环境温度下搅拌该混合物24小时。加入二碳酸二叔丁酯(17.0g，77.7mmol)并连续搅拌24小时。除去溶剂，将剩余物溶于2∶1的己烷/EtOAc(100mL)中，过滤得到的溶液并蒸发。对剩余物进行快速色谱分析(硅胶(240g)，67∶33己烷/EtOAc)以提供5.9g(56％)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37

(1R，2R，5S)-2-苄氧羰基氨基-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)。加入NaOMe(0.73g，13.6mmol)并回流该混合物18小时，之后加入0.5M NH₄Cl(50mL)并收集形成的沉淀物。蒸发滤出液并与水(25mL)一起研磨残留物。收集不溶解的部分并与原来的沉淀物合并以提供0.85g(77％)S1-9。

¹HNMR：(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38

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

在N₂下将S1-9(0.85g，2.1mmol)悬浮于50∶50MeOH/二氯甲烷(5mL)并冷却到0℃，之后加入2M NaOH(2.0mL)并在环境温度下搅拌该混合物16小时。用2M HCl酸化所述混合物，在此期间形成了白色沉淀物。收集所述沉淀物，用水和己烷清洗，干燥以提供0.74g(90％)S1-10。

¹HNMR：(CD₃OD)δ51.42(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39

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

在N₂下将S1-10(3.1g，7.9mmol)溶于THF(30mL)并冷却到0℃。加入三乙胺(1.6g，2.2mL，15.9mmol)，接着加入氯甲酸乙酯(1.3g，1.5mL，11.8mmol)。在0℃下搅拌该混合物1小时。加入NaN₃(1.3g，19.7mmol)于水中(10mL)的溶液并在0℃下连续搅拌2小时。将所述反应混合物在EtOAc(50mL)和水(50mL)之间分配。分离有机相，干燥并蒸发。将残留物溶于(50mL)并回流2小时。加入2-三甲基甲硅烷基乙醇(1.0g，1.2mL，8.7mmol)并连续回流3小时。所述反应混合物用EtOAc(200mL)稀释，用饱和NAHCO₃水溶液(50mL)、水(20mL)和饱和NaCl水溶液(20mL)清洗，干燥并蒸发。对残留物进行快速色谱分析(硅胶(100g)，67∶33己烷/EtOAc)以提供3.1g(77％)S1-11。

¹H NMR：(CDCl₃)-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，烯烃H)，5.64(d，2H，烯烃H)，7.30(s，5，Ar H′s).

实施例40

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

将S1-11(2.5g，4.9mmol)加入TFA(10mL)中并在环境温度下搅拌该溶液16小时，之后蒸发该溶液。将残留物溶于水(20mL)，用KOH使其碱化到pH14，并用二氯甲烷(3×50mL)萃取。合并萃取物，用水(20mL)清洗，干燥并蒸发以提供1.1g(85％)S1-12。

¹HNMR：(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，Z NH)，5.08(t，2H，CH₂Ar)，5.45(d，1H，4-H)，5.62(d，1H，3-H)，7.32(s，5H，ArH′s)。ESCI MS m/e 262 M+1。

实施例41

S1b-2的分离采用下述步骤完成：利用Schlenk技术将5.57g(10.0mmol)甲基酯化合物S1b-1溶于250mL THF中。在另一个烧瓶中将LiOH(1.21g，50.5mmol)溶于50mL水，并通过使用针将N₂鼓泡通过该溶液而进行脱气处理20分钟。通过在快速搅拌下以1分钟将所述碱性溶液转移到包含S1b-1的烧瓶中而启动反应。在室温下搅拌该混合物并当起始材料S1b-1被完全消耗时开始进行处理(使用66％EtOAc/33％己烷的溶剂体系并用磷钼酸试剂(Aldrich#31，927-9)显影，起始材料S1b-1具有0.88的Rf值并且产物具有Rf为大约0.34-0.64的条纹。所述反应通常进行2天。处理：通过真空转移除去THF直到剩下体积大约与加入到该反应的水体积相同，在本文所述情况下是50mL。在此期间，所述反应溶液形成了粘附在搅拌棒上的白色物质，周围被透明黄色溶液包围。在除去THF的时候安装一个包括倒入所述反应溶液的漏斗的分液漏斗，并在该分液漏斗下面放置锥形烧瓶。在所述锥形烧瓶中加入一些无水Na₂SO₄。该设备应该在开始酸化之前安装。(在所述反应溶液酸化之前安装分液漏斗和锥形烧瓶等是重要的，以使得可以一旦该溶液达到接近1的pH迅速进行相分离并将产物从酸中萃出。如果所述分离不能迅速进行，叔丁氧羰基官能团将水解，从而显著降低收率。)一旦挥发物被充分除去，加入CH₂C₁₂(125mL)和水(65mL)并在冰浴中冷却反应烧瓶。迅速搅拌该溶液并用注射器加入5mL1N HCl的等份试样，并用pH试纸测试该溶液。加入酸直到pH试纸上的斑点在边缘处显示红色(不是橙色)，说明pH已经达到1-2(被测试的溶液是CH₂C₁₂与水的混合物，所以pH试纸在斑点边缘而不是中心显示精确测量结果)并通过将所述溶液迅速倒入该分液漏斗而分离所述相。在进行相分离时，将活塞旋转以将CH₂C₁₂相(底部)释放到锥形瓶中并振荡该烧瓶以使干燥剂吸收所述溶液中的水。(在本步骤的规模下，使用了80mL的1N HCl。)在相分离后立即用CH₂C₁₂(2×100mL)萃取水相，在无水Na₂SO₄上干燥并除去挥发物以产生5.37g/9.91毫摩尔(mmols)漂亮的白色晶体，其代表99.1％的收率。该产物不能通过色谱提纯，因为该过程还会在柱中水解叔丁氧羰基官能团。

¹H NMR：(400MHz，CDC₁₃)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，NH)，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)3326br 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42

双环[2.2.1]庚-5-烯-7-反-(三甲基甲硅烷基)-2-内-3-外-二羧酸二-(I)-孟基酯(S4-26)

在-78℃于氮气下，向S4-25(6.09g，0.0155mol)于甲苯(100mL)中的溶液中加入氯化二乙基铝(8.6mL在甲苯中的1.8M溶液)并搅拌该混合物1小时。将S2-14(7.00g，0.0466mol)以-78℃在甲苯(10mL)中的溶液形式滴加入所形成的有机溶液中。该溶液在-78℃下保持2小时，接着缓慢地加热到室温过夜。用氯化铵的饱和溶液(50mL)淬冷所述铝反应物。分离水层并用二氯甲烷(100mL)萃取，之后在硫酸镁上干燥。蒸发所述溶剂后留下黄色固体，该固体通过柱色谱法(10％乙酸乙酯/己烷)提纯后产生白色固体状S4-26(7.19g，0.0136mol，87％收率)。

¹H NMR：(CDC₁₃)δ-0.09(s，9H，SiMe₃)，0.74-1.95(多重谱线，36H，甲醇)，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(d of t，1H，α-孟基酯CH)，4.71(d of t，1H，α-孟基酯CH)，5.92(d of d，1H，CH＝CH)，6.19(dofd，1H，CH＝CH)。

实施例43

5-外-溴代-3-外-(l)-孟基羧基二环[2.2.1]庚烷-7-反-(三甲基甲硅烷基)-2，6-羰基内酯(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)中的正在搅拌的溶液中。在室温下持续搅拌过夜。用5％的硫代硫酸钠(150mL)处理该溶液，分离有机层并在硫酸镁上干燥。在减压下蒸发溶剂，通过柱色谱法(5％乙酸乙酯/己烷)提纯所得到的粗产物以产生白色固体状S4-27(3.53g，0.00754mol，99％收率)。

¹H NMR：(CDC₁₃)δ-0.19(s，9H，SiMe₃)，0.74-1.91(多重谱线，18H，甲醇)，2.82(d，1H，α-内酯羰基CH)，3.14(bs，1H，内酯桥头CH)，3.19(dof 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(d of t，1H，α-孟基酯CH)，4.94(d，1H，溴CH)。

实施例44

二环[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)，加入硝酸银(5.40g，0.0318mol)并回流该悬浮液3天。冷却该混合物，通过Celite过滤并蒸发溶剂，得到油质残留物。通过柱色谱法提纯产生淡黄色油状物(1.72g，0.00491mol，77％收率)。

¹H NMR：(CDC₁₃)δ0.75-2.02(多重谱线，18H，甲醇)，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(d of t，1H，α-孟基酯CH)，5.87(d of d，1H，CH＝CH)，6.23(d of d，1H，CH＝CH)。

实施例45

2-外-甲基-3-内-(l)-孟基二环[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)的正在搅拌的溶液中。搅拌该悬浮液过夜并用乙酸乙酯(100mL)稀释。该溶液反复用水、接着1N氯化锂清洗。分离有机层并用硫酸镁干燥。在减压下蒸发溶剂并通过在硅胶上进行柱色谱法提纯粗产物产生油状的S4-29(0.220g，0.000500mol，36％收率)。

¹H NMR：(CDC₁₃)δ0.74-2.08(多重谱线，18H，甲醇)，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 ofd，2H，苄基-CH₂-)，4.61(d of t，1H，α-孟基酯CH)，5.89(d of d，1H，CH＝CH)，6.22(d of d，1H，CH＝CH)，7.25-7.38(m，5H，C₆H₅)。

实施例46

二环[2.2.1]庚-5-烯-7-顺-(苄氧基)-2-外-羧基-3-内-(l)-孟基羧酸酯(S4-30)

将S4-29(0.220g，0.00050mol)加入四氢呋喃(1.5mL)、水(0.5mL)和甲醇(0.5mL)的混合物。加入氢氧化钾(0.036g，0.00065mol)并在室温下搅拌该溶液过夜。在减压下蒸发溶剂并通过柱色谱法(10％乙酸乙酯/己烷)提纯残留物得到S4-30(0.050g，0.00012mol，23％收率)。

¹H NMR：(CDC₁₃)δ0.73-2.01(多重谱线，18H，甲醇)，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 of d，2H，苄基-CH₂-)，4.63(d of t，1H，α-孟基酯CH)，5.90(d of d，1H，CH＝CH)，6.23(d of d，1H，CH＝CH)，7.25-7.38(m，5H，C₆H₅)。

质谱：对于C₂₆H₃₄O₅计算值为426.24；实验值为425.4(M-1)和851.3(2M-1)。

实施例47

二环[2.2.1]庚-5-烯-7-顺-(苄氧基)-2-外-(三甲基甲硅烷基乙氧羰基)-氨基-3-内-(l)-孟基羧酸酯(S4-31)

向S4-30在苯中的溶液中加入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。加入三甲基甲硅烷基乙醇，然后再回流该溶液48小时。将所述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碳酸氢钠清洗并在硫酸钠上干燥。在减压下蒸发溶剂得到Curtius反应粗产物。

实施例48

二环[2.2.1]庚烷-7-顺-(苄氧基)-2-外-(三甲基甲硅烷基乙氧羰基)-氨基-3-内-(l)-孟基-5-外-甲基-6-外-甲基三羧酸酯(S4-32)

在剧烈搅拌下将S4-31、干燥的氯化铜(III)、10％Pd/C和干燥甲醇加入烧瓶中。脱气后，在该烧瓶中装入一氧化碳至压力恰好高于1个大气压，该压力保持72小时。过滤固体并按普通方式处理残余物以提供双羰基化产物。

实施例49

二环[2.2.1]庚烷-7-顺-(苄氧基)-2-外-(三甲代甲硅烷基乙氧羰基)-氨基-3-内-(l)-孟基羧基-5-外-6-外-二羧酸酐(S4-33)

将S4-32、甲酸和催化量对甲苯磺酸的混合物在90℃下彻夜搅拌。加入乙酸酐并回流该反应混合物6小时。除去溶剂并用醚清洗，得到期望的酸酐。

实施例50

二环[2.2.1]庚烷-7-顺-(苄氧基)-2-外-(三甲代甲硅烷基乙氧羰基)-氨基-3-内-(l)-孟基-6-外-羧基-5-外-甲基二羧酸酯(S4-33)

在S4-32于等量甲苯和四氯化碳的溶液中加入奎尼丁。将该悬浮液冷却到-65℃并搅拌1小时。在30分钟内缓慢加入三当量的甲醇。将所述悬浮液在-65℃下搅拌4天，接着在减压下除去溶剂。将所形成的白色固体在乙酸乙酯和2M HCL间分配。从酸层中回收奎尼丁并由有机层获得S4-33。

实施例51

二环[2.2.1]庚烷-7-顺-(苄氧基)-2-外-(三甲基甲硅烷基乙氧羰基)-氨基-3-内-(l)-孟基-6-外-(三甲基甲硅烷基乙氧羰基)氨基-5-外-甲基二羧酸酯(S4-35)

在S4-34于苯的溶液中加入三乙胺和二苯基磷酰基叠氮化物。回流该溶液24小时。在冷却到室温后，加入2-三甲代甲硅烷基乙醇并回流所述溶液48小时。所述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碳酸氢钠清洗并在硫酸钠上干燥。在减压下蒸发溶剂以产生Curtius反应粗产物。

实施例52

内-二环[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)和奎尼丁(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℃，然后在15分钟内加入苯甲醇(7.90g，0.0732mol)。反应混合物在3小时后变均匀并在-55℃下再搅拌96小时。在除去溶剂后，将残留物在乙酸乙酯(300mL)和2M盐酸(100mL)之间分配。有机层用水(2×50mL)和饱和氯化钠水溶液清洗(1×50mL)。在硫酸镁上干燥并蒸发溶剂得到S5-37(4.17g，0.0153mol，63％收率)。

¹H NMR：(CDC₁₃)δ1.33(d，1H，桥CH₂)，1.48(d of t，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 of d，2H，CH₂Ph)，6.22(d of d，1H，CH＝CH)，6.29(d of d，1H，CH＝CH)，7.30(m，5H，C₆H₅)。

实施例53

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

将S5-37(4.10g，0.0151mol)溶于0.5M碳酸氢钠溶液(120mL)并冷却到0℃。加入碘化钾(15.0g，0.090mol)和碘(7.66g，0.030mol)，接着加入二氯甲烷(40mL)。在室温下彻夜搅拌该溶液。在用二氯甲烷(100mL)稀释后，加入硫代硫酸钠淬冷过量的碘。分离有机层并用水(100mL)和氯化纳溶液(100mL)清洗。在硫酸镁上干燥并蒸发溶剂得到S5-38(5.44g，0.0137mol，91％收率)。

¹H NMR：(CDC₁₃)δ1.86(d ofq，1H，桥-CH₂-)，2.47(d of t，1H，桥-CH₂-)，2.83(d of d，1H，α-内酯羰基CH)，2.93(bs，1H，内酯桥头CH)，3.12(d of d，1H，a-苄基酯CH)，3.29(m，1H，桥头CH)，4.63(d，1H，α-内酯酯CH)，5.14(d of d，2H，CH₂Ph)，5.19(d，1H，碘CH)，7.38(m，5H，C₆H₅)。

实施例54

2-内-苄基羧基-二环[2.2.1]庚烷-3，5-羰基内酯(S5-39)

在N₂下将S5-38(0.30g，0.75mmol)置于DMSO内，加入NaBH₄(85mg，2.25mmol)并在85℃下搅拌该溶液2小时。冷却该混合物，用水(50mL)稀释并用二氯甲烷(3×20mL)萃取。合并萃取物，用水(4×15mL)和饱和NaCl水溶液(10mL)清洗，干燥，蒸发以得到0.14g(68％)S5-39。

实施例55

5-内-羟基二环[2.2.1]庚烷-2-内-苄基-3-内-甲基二羧酸酯(S5-40)

在搅拌下将化合物S5-39溶于甲醇并加入甲醇钠。除去溶剂得到S5-40。

实施例56

二环[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转化为相应的甲磺酰酯，加入叠氮化钠置换甲磺酰基以产生外-叠氮化物，其随后用三丁基膦还原以产生游离胺，所述有游离作为叔丁氧基羰基衍生物保护以产生S5-41。

实施例57

二环[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)

过在室温下用在甲醇中的10％Pd/C将S5-41催化氢解6小时除去苄基醚保护基。过滤催化剂并除去溶剂得到粗S5-42。

实施例58

二环[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)

将钠溶于甲醇中以生成甲醇钠。加入S5-42并在62℃下搅拌该混合物16小时。冷却所述混合物，伴随冷却加入乙酸以中和过量的甲醇钠。所述混合物用水稀释并用乙酸乙酯萃取。干燥并蒸发该萃取物以得到S5-43。

实施例59

二环[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)

在室温下使化合物S5-43与苄基溴和碳酸铯在四氢呋喃中反应产生苄基酯S5-44，通过酸处理所述粗反应产物分离所述苄基酯S5-44。

实施例60

二环[2.2.1]庚烷-2-内-苄基-3-外-羧基-5-外-(叔丁氧基羰基)-氨基羧酸酯(S5-45)

在N₂下将化合物S5-44溶于甲醇并冷却到0℃。滴入2M NaOH(2当量)，使所述混合物达到室温并搅拌5小时。用水稀释所述溶液，用2M HCl酸化并用乙酸乙酯萃取。用、饱和NaCl水溶液清洗萃取物，干燥并蒸发以得到S5-45。

实施例61

二环[2.2.1]庚烷-2-内-苄基-3-外-(三甲基甲硅烷基乙氧羰基)氨基-5-外-(叔丁氧基羰基)氨基羧酸酯(S5-46)

在S5-45于苯的溶液中加入三乙胺和二苯基磷酰基叠氮化物。回流该溶液24小时并然后冷却到室温。加入三甲基甲硅烷基乙醇并回流溶液48小时。将所述溶液在乙酸乙酯和1M碳酸氢钠间分配。有机层用1M碳酸氢钠清洗并在硫酸钠上干燥。在减压下蒸发溶剂以生成粗Curtius产物S5-46。

实施例62

内-二环[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和奎尼丁悬浮于等量的甲本和四氯化碳中并冷却到-55℃。在15分钟内加入对-甲氧基苄醇并在-55℃下搅拌该溶液96小时。在除去溶剂后，将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纳水溶液清洗。在硫酸镁上干燥并除去溶剂以产生S6-48。

实施例63

内-二环[2.2.1]庚-5-烯-2-(4-甲氧基)苄基-3-(三甲基甲硅烷乙氧羰基)氨基羧酸酯(S6-49)

在S6-48于苯的溶液中加入三乙胺和二苯基磷酰基叠氮化物。该溶液回流24小时，冷却到室温，加入三甲基甲硅烷基乙醇并且再回流所述溶液48小时。所述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碳酸氢钠清洗，并用硫酸镁干燥。在减压下蒸发溶剂以产生粗Curtius产物S6-49。

实施例64

二环[2.2.1]庚烷-2-内-(4-甲氧基)苄基-3-内-(三甲基甲硅烷基乙氧羰基)氨基-5-外-甲基-6-外-甲基三羧酸酯(S6-50)。

在剧烈搅拌下将S6-49、氯化铜(III)、10％Pd/C和干燥甲醇加入到烧瓶中。在对该悬浮液脱除气体后，向所述烧瓶中装入一氧化碳至压力恰好高于1个大气压。所述一氧化碳压力保持72小时。滤出固体并依照普通方式处理粗反应产物以提供S6-50。

实施例65

二环[2.2.1]庚烷-2-内-(4-甲氧基)苄基-3-内-(三甲基甲硅烷基乙氧羰基)氨基-5-外-6-外-二羧酸酐(S6-51)。

将S6-50、甲酸、催化量的对甲苯磺酸在90℃下彻夜加热。将乙酸酐加入所述反应混合物，并且再回流该混合物6小时。除去溶剂并用醚清洗以提供S6-51。

实施例66

二环[2.2.1]庚烷-2-内-(4-甲氧基)苄基-3-内-(三甲基甲硅烷基乙氧羰基)氨基-5-外-羧基-6-外-甲基二羧酸酯(S6-52)。

在S6-51于等量甲苯和四氯化碳的溶液中加入奎宁。将该悬浮液冷却到-65℃并搅拌1小时。在30分钟内缓慢加入3当量甲醇。所述悬浮液在-65℃下搅拌4天，接着除去溶剂。所形成的白色固体在乙酸乙酯和2MHCl之间分配，从有机层处理获得S6-52。

实施例67

二环[2.2.1]庚烷-2-内-(4-甲氧基)苄基-3-内-(三甲基甲硅烷基乙氧羰基)氨基-5-外-(三甲基甲硅烷基乙氧羰基)氨基-6-外-甲基二羧酸酯(S6-53)。

在S6-52于苯的溶液中加入三乙胺和二苯基磷酰基叠氮化物。回流该溶液24小时，然后冷却到室温。加入2-三甲代甲硅烷基乙醇并且再回流所述溶液48小时。所述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碳酸氢钠清洗，并用硫酸镁干燥。在减压下蒸发溶剂以产生S6-53。

实施例68

二环[2.2.1]庚烷-2-外-(4-甲氧基)苄基-3-内-(三甲基甲硅烷基乙氧羰基)氨基-5-外-(三甲基甲硅烷基乙氧羰基)氨基-6-内-甲基二羧酸酯(S6-54)。

在S6-53于四氢呋喃的溶液中小心加入叔丁醇钾。回流该碱性溶液24小时，接着加入乙酸。标准的萃取法产生双差向异构的产物S6-54。

实施例69

制备Hexamer：

在0℃下向溶于5mL CH₂C₁₂中的0.300g(1R，2R)-(-)-反-1，2-二氨基环己烷(2.63mmol)中加入溶于5mL CH₂C₁₂中的0.600g 2，6-二甲酰基-4-溴苯酚(2.62mmol)。使该黄色溶液升温到室温并搅拌48小时。倾析该反应溶液，并加入150mL甲醇。在静置30分钟后，收集黄色沉淀物，用甲醇清洗并风干(0.580g；72％收率)。

¹H NMR(400MHz，CDC₁₃)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，计算值为923.115；实验值：923.3[M⁺H]⁺。

实施例70

制备Hexamer：

在0℃下向溶于6mL CH₂C₁₂中的0.300g(1R，2R)-(-)-反-1，2-二氨基环己烷(2.63mmol)中加入溶于6mL CH₂C₁₂中的0.826g of 2，6-二甲酰基-4-(1-十二-1-炔)苯酚(2.63mmol)。在0℃下搅拌该有机溶液1小时，然后使其升温到室温，之后持续搅拌16小时。倾析该反应溶液并加入150mL甲醇。在倾析甲醇溶液后获得粘性黄色固体。残留物经色谱法清洁后得到黄色粉末。

¹H NMR(400MHz，CDC₁₃)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，炔丙基的)，1.20-1.83(m，72H，脂族的)，0.85(t，9H，J＝7.0HZ，CH₃)。

¹³C NMR(400MHz，CDC_l3)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，计算值为1177.856；实验值：1177.8[M⁺H]⁺。

实施例71

制备Hexamer：

在溶于10mL苯中的0.240g 2，6-二甲酰基4-(1-十二烯)苯酚(0.76mmol)中加入10mL(1R，2R)-(-)-反-1，2-二氨基环己烷(0.087g，0.76mmol)的苯溶液。在室温避光下搅拌该溶液48小时。干燥该有机溶液并进行色谱(二氧化硅，50/50丙酮/Et₂O)处理以产生黄色粘性固体(33％收率)。

¹H NMR(400MHz，CDC₁₃)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，J＝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，脂族的)。

MS(FAB)：对于C₇₈H₁₁₅N₆O₃，计算值为1183.90；发现：1184.6[M⁺H]⁺。

实施例72

制备四聚物：

制备六聚物：

将三乙胺(0.50mL，3.59mmol)和(1R，2R)-(-)-反-1，2-二氨基环己烷(0.190g，1.66mmol)于150mL EtOAc中混合，并用N₂吹扫5分钟。向该溶液中以滴加的方式于6小时内加入溶于100mL EtOAc的0.331g(1.66mmol)间苯二酰氯。过滤该溶液并干燥滤出物。TLC(5％甲醇/CH₂C_l2)显示该产物混合物主要由两种大环成分组成。色谱分离(二氧化硅，5％甲醇/CH₂Cl₂)得到上述四聚物(0.020g，5％收率)和六聚物(约10％)。

四聚物：

¹H NMR(400MHz，CDC₁₃)δ7.82(s，1H)，7.60(br s，2H)，7.45(brs，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，计算值为489.25；发现：489.4[M+H]⁺。

六聚物：

MS(ESI)：对于C₄₂H₄₉N₆O₆，计算值为733.37；实验值：733.5[M⁺H]⁺。

实施例73

由苯和环己烷环状合成子制备大环结构体：

                      n＝2，Tetramer 1f-甲氧基

                      n＝3，Hexamer  1f-甲氧基

                      n＝4，Octamer  1f-甲氧基

在4-十二烷基-2，6-二甲酰基苯甲醚(24mg；0.072mmol)的5mL二氯甲烷溶液中加入(1R，2R)-(-)-反-1，2-二氨基环己烷(8.5mg；0.074mmol)的5mL二氯甲烷溶液。在室温下搅拌所述溶液16小时，然后加入到短二氧化硅柱的顶部。用乙醚洗提并然后除去溶剂，导致分离出22mg灰白色固体。正电性离子电喷射质谱说明在所述灰白色固体中存在四聚物(m/z822，MH⁺)、六聚体(m/z 1232，MH⁺)和八聚体(m/z 1643，MH⁺)。计算的分子量如下：四聚物+H(C₅₄H₈₅N₄O₂，821.67)；六聚体+H(C₈₁H₁₂₇N₆O₃，1232.00)；八聚体+H(C₁₀₈H₁₆₉N₈O₄，1643.33)。

实施例74

模板化亚胺八聚体。在氩气下，在一个具有搅拌棒的100mL三口圆底烧瓶中加入两性二醛苯酚1(500mg，1.16mmol)，其中所述烧瓶装配有冷凝器和附加漏斗。接着，连续加入Mg(NO₃)₂·6H₂O(148mg，0.58mmol)2和Mg(OAc)₂·4H₂O(124mg，0.58mmol)。将所述烧瓶置于真空并用氩气填充3次。在氩气下通过注射器将无水甲醇转移到该烧瓶中并搅拌所形成的悬浮液。然后回流该混合物10分钟以提供均匀溶液。使该反应在正氩气压力下冷却到室温。将(1R，2R)-(-)-反-1，2-二氨基环己烷4加入到所述附加漏斗中，接着在氩气下套管转移无水MeOH(11.6mL)。在1小时的周期内以滴加方式将二胺/MeOH溶液加入搅拌均匀的金属模板/二醛溶液中形成一种橙色油。用玻璃塞替换所述附加漏斗并回流混合物3天。在真空下除去溶剂形成黄色晶体固体，该晶体不需要进一步提纯而使用。

胺Octamer。在氩气下将亚胺Octamer(314mg，0.14mmol)加入一个具有搅拌棒的50mL schlenk烧瓶中。接着在氩气下通过注射器加入无水THF(15mL)和MeOH(6.4mL)并在室温下搅拌该悬浮液。向该均匀溶液中，逐份加入NaBH₄(136mg，3.6mmol)并在室温下搅拌该混合物12小时。过滤该溶液，接着加入19.9mL H₂O。通过加入4M HCl将pH调整为约2，然后加入6.8mL二水合乙二胺四乙酸二钠盐(在水中0.13M)并搅拌该混合物5分钟。向该溶液中加入2.0％氢氧化铵并再连续搅拌5分钟。用乙酸乙酯(3×100mL)萃取该溶液，分离有机层，在Na₂SO₄上干燥并通过旋转蒸发除去溶剂，形成一种浅黄色固体。通过从氯仿和己烷中重结晶形成胺Octamer。通过ESIMS M+H证实分子量的实验值＝2058.7m/z，计算值＝2058.7m/z。

实施例75

       Hexamer 1j-1，2-亚胺             Hexamer 1jh-1，2-胺

Hexamer 1j。将两种基(-)-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)加入到其中包括磁性搅拌棒的10mL瓶中，接着加入2mL CH₂C₁₂。在室温下搅拌该黄色溶液。24小时后，用乙脒阻塞该反应溶液通过硅胶，并通过旋转蒸发除去溶剂。(232mg；98％收率)。¹H NMR(400MHz，CDC₁₃)：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，脂族的)0.92-0.86(t，9H，3J＝6.6Hz。ESIMS(+)：对于C₉₆H₁₅₁N₆O₉，计算值为：1533；实验值：1534[M+H]⁺。

Hexamer 1jh。在氩气下，在一个具有磁性搅拌棒100mL梨形烧瓶中加入Hexamer 1j(0.387mmol，0.594g)并溶于THF∶MeOH(7∶3，分别为28∶12mL，)。接着，在室温6.5小时内逐份缓慢地加入NaBH₄(2.32mmol，0.088g)。通过旋转蒸发除去溶剂，将残留物溶于125mL乙酸乙酯并用水(3×50mL)清洗。分离有机层，在Na₂SO₄上干燥并通过旋转蒸发除去溶剂。使所得到的残留物从CH₂C₁₂和MeOH中重结晶产生白色固体(0.440g；74％收率)。¹H NMR(400MHz，CDC₁₃)：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，脂族的)，2.15-1.95(m，6H，脂族的)，1.75-1.60(m，6H，脂族的)，1.60-1.55(m，6H，脂族的)1.37-1.05(m，84H，脂族的)0.92-0.86(t，9H，3J＝6.8Hz。ESIMS(+)：对于C₉₆H₁₆₃N₆O₉，计算值为1544；实验值：1545[M+H]⁺。

实施例76

Hexamer 1a-Me-1，2-亚胺

Hexamer 1A-Me。将2-羟基-5-甲基-1，3-苯二羧醛(53mg，0.32mmol)于二氯甲烷(0.6mL)中的溶液加入到(1R，2R)-(-)-1，2-二氨基环己烷(37mg，0.32mmol)于二氯甲烷(0.5mL)的溶液中。在环境温度下搅拌该混合物16小时，滴加到甲醇(75mL)中并冷却(4℃)4小时。收集沉淀物以产生71mg(92％)Hexamer 1A-Me。¹H NMR(CDC₁₃)：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和4_eq，5_eq-H′s)，1.45(m，6H，环己烷4ax，5ax-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77

                          Hexamer 1jh-AC

将32.7mg Hexamer 1jh(重结晶多次)加入到30mL干燥THF中。之后，利用Schlenk技术将100μL三乙胺和100μL丙烯酰氯(刚蒸馏的)加入到所述THF混合物中。在丙酮/干冰浴中搅拌溶液18小时。在除去溶剂后，留下白色沉淀物。将所述沉淀物再溶于CH₂C_l2中并通过多孔漏斗过滤。将CH₂C₁₂溶液加入分液漏斗中并用清水洗一次，之后用盐水(NaCl)清洗两次。所述CH₂C_l2溶液在MgSO₄上干燥并过滤以除去MgSO₄。除去溶剂后留下黄色沉淀物。¹H NMR(CDC₁₃)：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和1613(丙烯酸酯)，983(＝CH)，959sh(＝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).

实施例78

Hexamer 1a-Me的Langmuir等温线和等压蠕变分别示于图20A和20B。

   Hexamer 1a-Me                     Hexamer 1a-C15

Hexamer 1a-Me的Langmuir膜的相对稳定性通过图20B所示的等压蠕变数据说明。处于5mN/m表面压力约30分钟后所述膜面积减少约30％。Hexamer 1a-C15的Langmuir等温线和等压蠕变分别示于图21A和21B。Hexamer 1a-C15的Langmuir膜的相对稳定性通过图21B所示的等压蠕变数据说明。所述膜处于10mN/m表面压力下约30分钟后膜面积减少约1-2％，约60分钟后膜面积减少约2％。Hexamer 1a-C15的塌陷压力为约18mN/m。

Claims (83)

1.一种纳米膜组合物，其中包含大环结构体与至少一种聚合组分的反应产物。

2.如权利要求1所述的纳米膜组合物，其中所述大环结构体相互偶联。

3.如权利要求2所述的纳米膜组合物，其中所述大环结构体通过连接分子相互偶联。

4.如权利要求3所述的纳米膜组合物，其中所述连接分子选自下述类型

                   (RO)₂BR′B(OR)₂

                      X-(CH₂)_n-X

                  XC(O)-(CH₂)_n-C(O)X

和它们的混合物；其中其中m是1-10，n是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)，X是Br、Cl、I或其他离去基团。

5.如权利要求1所述的纳米膜组合物，其中所述大环结构体与所述至少一种聚合组分偶联。

6.如权利要求5所述的纳米膜组合物，其中所述大环结构体通过连接分子与所述至少一种聚合组分偶联。

7.如权利要求6所述的纳米膜组合物，其中所述连接分子选自下述类型

                   (RO)₂BR′B(OR)₂

                      X-(CH₂)_n-X

                  XC(O)-(CH₂)_n-C(O)X

和它们的混合物；其中其中m是1-10，n是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)，X是Br、Cl、I或其他离去基团。

8.如权利要求1所述的纳米膜组合物，其中所述大环结构体选自Hexamer1a、Hexamer1dh、Hexamer 3j-胺、Hexamer 1jh、Hexamer 1jh-AC、Hexamer 2j-胺/酯、Hexamer1dh-丙烯酰基、Octamer 5jh-天冬氨酸、Octamer 4jh-丙烯酰基和它们的混合物。

9.如权利要求8所述的纳米膜组合物，其中所述大环结构体是Hexamer 1dh。

10.如权利要求1所述的纳米膜组合物，其中所述聚合组分选自聚(马来酸酐)、聚(乙烯-马来酸酐)、聚(马来酸酐-α烯烃)、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、包含至少一个氧杂环丙烷基的聚合物、聚乙烯酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物、聚异戊二烯、polyneopropene、聚酰胺、聚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚磺酰胺、聚亚砜、聚乙醇酸、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚酯、聚酯离聚物、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乳酸、多肽、聚山梨醇酯、多熔素、水凝胶、碳水化合物、多糖、琼脂糖、直链淀粉、支链淀粉、糖原、葡聚糖、纤维素、醋酸纤维素、甲壳质、壳聚糖、肽聚糖、粘多糖、多核苷酸、聚(T)、聚(A)、核酸、蛋白聚糖、糖蛋白、醣脂类和它们的混合物。

11.如权利要求1所述的纳米膜组合物，其中所述聚合组分是聚(马来酸酐-α烯烃)。

12.如权利要求1所述的纳米膜组合物，其中所述聚合组分包含可聚合的单体。

13.如权利要求12所述的纳米膜组合物，其中所述可聚合的单体包含CH₂＝CHC(O)OCH₂CH₂OH。

14.如权利要求1所述的纳米膜组合物，其中所述聚合组分包含可聚合的两亲物。

15.如权利要求13所述的纳米膜组合物，其中所述可聚合的两亲物选自两性丙烯酸酯、两性丙烯酰胺、两性乙烯基酯、两性苯胺、两性二炔、两性二烯，两性丙烯酸、两性烯类、两性肉桂酸、两性氨基酯、两性环氧烷、两性胺、两性二酯、两性二元酸、两性二元醇、两性多元醇和两性双环氧化合物。

16.如权利要求1所述的纳米膜，其中还包含不可聚合的两亲物。

17.如权利要求16所述的纳米膜，其中所述不可聚合的两亲物选自癸胺和硬脂酸。

18.如权利要求1所述的纳米膜组合物，其通过旋转涂布、喷涂、浸涂、接枝、浇铸、相转换、电镀或刮涂方法制备。

19.如权利要求1所述的纳米膜组合物，其中所述聚合组分的面积含量是0.5-98％。

20.如权利要求1所述的纳米膜组合物，其中所述聚合组分的面积含量低于约20％。

21.如权利要求1所述的纳米膜组合物，其中所述聚合组分的面积含量低于约5％。

22.如权利要求1所述的纳米膜组合物，其中所述纳米膜组合物的厚度小于约30nm。

23.如权利要求1所述的纳米膜组合物，其中所述纳米膜组合物的厚度小于约6nm。

24.如权利要求1所述的纳米膜组合物，其中所述纳米膜组合物的厚度小于约2nm。

25.如权利要求1所述的纳米膜组合物，其中所述纳米膜组合物在5～30mN/m表面压力下的表面损耗模量小于在不含聚合组分下制得的相同纳米膜组合物的表面损耗模量的约50％。

26.如权利要求1所述的纳米膜组合物，其中所述纳米膜组合物在5～30mN/m表面压力下的表面损耗模量小于在不含聚合组分下制得的相同纳米膜组合物的表面损耗模量的约30％。

27.如权利要求1所述的纳米膜组合物，其中所述纳米膜组合物在5～30mN/m表面压力下的表面损耗模量小于在不合聚合组分下制得的相同纳米膜组合物的表面损耗模量的约20％。

28.如权利要求1所述的纳米膜组合物，其具有下述过滤功能：  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-微球蛋白   12kDa   通过  胰岛素   5.2kDa   通过  维生素B₁₂   1350Da   通过  脲，H₂O，离子   ＜1000Da   通过

29.如权利要求1所述的纳米膜组合物，其具有下述过滤功能：   溶质   分子量   通过/未通过   β₂-微球蛋白   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   脲   60Da   未通过   K⁺   39Da   通过   Na⁺   23Da   通过

30.如权利要求1所述的纳米膜组合物，其中所述纳米膜对病毒和较大物种是不可渗透的。

31.如权利要求1所述的纳米膜组合物，其中所述纳米膜对免疫球蛋白G和较大物种是不可渗透的。

32.如权利要求1所述的纳米膜组合物，其中所述纳米膜对清蛋白和较大物种是不可渗透的。

33.如权利要求1所述的纳米膜组合物，其中所述纳米膜对β2-微球蛋白和较大物种是不可渗透的。

34.如权利要求1所述的纳米膜组合物，其中所述纳米膜仅对水和较小物种是可渗透的。

35.如权利要求1所述的纳米膜组合物，其具有13kDa的分子量截留值。

36.如权利要求1所述的纳米膜组合物，其具有190Da的分子量截留值。

37.如权利要求1所述的纳米膜组合物，其具有100Da的分子量截留值。

38.如权利要求1所述的纳米膜组合物，其具有45Da的分子量截留值。

39.如权利要求1所述的纳米膜组合物，其具有20Da的分子量截留值。

40.如权利要求1所述的纳米膜组合物，其对水分子和在水中的Na⁺、K⁺和Cs⁺具有高渗透性。

41.如权利要求36所述的纳米膜组合物，其对葡萄糖和脲具有低渗透性。

42.如权利要求1所述的纳米膜组合物，其对水分子和在水中的Cl^-具有高渗透性。

43.如权利要求1所述的纳米膜组合物，其对水分子和在水中的K⁺具有高渗透性，并且对水中的Na⁺具有低渗透性。

44.如权利要求1所述的纳米膜组合物，其对水分子和在水中的Na⁺具有高渗透性，并且对水中的K⁺具有低渗透性。

45.如权利要求1所述的纳米膜组合物，其对水中的Li⁺、Ca²⁺和Mg²⁺、脲、肌酸酐具有低渗透性。

46.如权利要求41所述的纳米膜组合物，其对水中的Na⁺、K⁺、磷酸氢根和磷酸二氢根具有高渗透性。

47.如权利要求41所述的纳米膜组合物，其对在水中的Na⁺、K⁺和葡萄糖具有高渗透性。

48.如权利要求1所述的纳米膜组合物，其对水中的肌红蛋白、卵清蛋白和清蛋白具有低渗透性。

49.如权利要求1所述的纳米膜组合物，其对有机化合物具有高渗透性并对水具有低渗透性。

50.如权利要求1所述的纳米膜组合物，其对有机化合物具有低渗透性并对水具有高渗透性。

51.如权利要求1所述的纳米膜组合物，其对水分子具有低渗透性并对氦气和氢气具有高渗透性。

52.一种纳米膜组合物，其中包含至少两层如权利要求1所述的纳米膜。

53.如权利要求52所述的纳米膜组合物，其中还包含在任意两层所述纳米膜之间的至少一个间隔层。

54.如权利要求53所述的纳米膜组合物，其中所述间隔层包含聚合物、凝胶或无机颗粒层。

55.如权利要求1所述的纳米膜组合物，其沉积在基体上。

56.如权利要求55所述的纳米膜组合物，其中所述纳米膜通过所述聚合组分与所述基体偶联。

57.如权利要求55所述的纳米膜组合物，其中所述基体是多孔的。

58.如权利要求55所述的纳米膜组合物，其中所述基体是非多孔的。

59.如权利要求55所述的纳米膜组合物，其中所述纳米膜通过生物素-链霉和素的中介相互作用与所述基体偶联。

60.一种纳米膜组合物，其中包含聚合组分与两亲物的反应产物。

61.如权利要求60所述的纳米膜，其中所述两亲物是可聚合的两亲物。

62.如权利要求61所述的纳米膜组合物，其中所述可聚合的两亲物选自两性丙烯酸酯、两性丙烯酰胺、两性乙烯基酯、两性苯胺、两性二炔、两性二烯，两性丙烯酸、两性烯类、两性肉桂酸、两性氨基酯、两性环氧烷、两性胺、两性二酯、两性二元酸、两性二元醇、两性多元醇和两性双环氧化合物。

63.如权利要求60所述的纳米膜，其中所述两亲物是不可聚合的。

64.如权利要求63所述的纳米膜，其中所述不可聚合的两亲物选自癸胺和硬脂酸。

65.如权利要求60所述的纳米膜组合物，其中所述聚合组分选自聚(马来酸酐)、聚(乙烯-马来酸酐)、聚(马来酸酐-α烯烃)、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、包含至少一个氧杂环丙烷基的聚合物、聚乙烯酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物、聚异戊二烯、polyneopropene、聚酰胺、聚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚磺酰胺、聚亚砜、聚乙醇酸、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚酯、聚酯离聚物、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乳酸、多肽、聚山梨醇酯、多熔素、水凝胶、碳水化合物、多糖、琼脂糖、直链淀粉、支链淀粉、糖原、葡聚糖、纤维素、醋酸纤维素、甲壳质、壳聚糖、肽聚糖、粘多糖、多核苷酸、聚(T)、聚(A)、核酸、蛋白聚糖、糖蛋白、醣脂类和它们的混合物。

66.如权利要求60所述的纳米膜，其中所述聚合组分是两性的。

67.如权利要求60所述的纳米膜，其中所述聚合组分包含可聚合的单体。

68.如权利要求60所述的纳米膜，其中所述聚合组分包含可聚合的两亲物。

69.如权利要求61所述的纳米膜组合物，其中所述纳米膜通过其中包括使所述可聚合的两亲物在空气-水界面处聚合的方法制备。

70.如权利要求60所述的纳米膜组合物，其中所述纳米膜通过其中包括使所述聚合组分在空气-水界面处聚合的方法制备。

71.如权利要求63所述的纳米膜组合物，其中所述聚合组分是聚合物，并且其中不可聚合的两亲物与该聚合物偶联。

72.一种包含聚合组分的反应产物的纳米膜组合物，其中所述聚合组分通过连接分子连接。

73.如权利要求72所述的纳米膜组合物，其中所述聚合组分选自聚(马来酸酐)、聚(乙烯-马来酸酐)、聚(马来酸酐-α烯烃)、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、包含至少一个氧杂环丙烷基的聚合物、聚乙烯酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物、聚异戊二烯、polyneopropene、聚酰胺、聚酰亚胺、聚砜、聚醚砜、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚磺酰胺、聚亚砜、聚乙醇酸、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚酯、聚酯离聚物、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乳酸、多肽、聚山梨醇酯、多熔素、水凝胶、碳水化合物、多糖、琼脂糖、直链淀粉、支链淀粉、糖原、葡聚糖、纤维素、醋酸纤维素、甲壳质、壳聚糖、肽聚糖、粘多糖、多核苷酸、聚(T)、聚(A)、核酸、蛋白聚糖、糖蛋白、醣脂类和它们的混合物。

74.一种包含至少两种聚合组分的反应产物的纳米膜组合物，其中第一种聚合组分是可聚合的两亲物，第二种聚合组分是可聚合的单体。

75.一种包含大环结构体和至少一种聚合组分在有机溶剂中的混合物的组合物。

76.一种包含大环结构体与至少一种聚合组分的反应产物的薄膜的组合物，其中所述组合物通过其中包括使所述大环结构体和至少一种聚合组分在空气-液体或液体-液体界面处接触的方法制备。

77.一种制备纳米膜组合物的方法，其中包括：

(a)提供大环结构体和至少一种聚合组分的混合物；和

(b)使所述混合物在空气-液体或液体-液体界面处形成薄膜。

78.如权利要求77所述的方法，其中所述聚合组分是可聚合的，并且该方法还包括使所述聚合组分在空气-液体或液体-液体界面处聚合。

79.一种制备其中包含大环结构体与至少一种聚合组分的反应产物的纳米膜组合物的方法，其中包括：

(a)提供包含至少一种聚合组分的亚相；和

(b)使大环结构体与所述亚相的表面接触。

80.如权利要求79所述的方法，其中还包括：(c)使连接分子与所述亚相的表面接触。

81.一种制备其中包含大环结构体与至少一种聚合组分的反应产物的纳米膜组合物的方法，其中包括：

(a)提供其中包含所述大环结构体的第一液相；

(b)提供其中包含所述至少一种聚合组分的第二液相；和

(c)由所述第一液相和所述第二液相形成液体-液体界面。

82.一种过滤方法，其中包括使用如权利要求1所述的纳米膜组合物从流体中分离组分。

83.一种过滤方法，其中包括使用如权利要求1所述的纳米膜组合物从至少两种气体的混合物中分离组分。

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