大环分子是构建功能超分子体系的基本单元之一,因此创造新型大环长期以来是超分子化学的重要前沿领域。但是由于包括柱芳烃在内的主流大环分子骨架中普遍缺少荧光基团,目前通常需要多步的结构修饰来合成具有荧光性质的大环分子。受四苯乙烯荧光基团和柱芳烃大环结构的启发,中国科学院理化技术研究所丛欢研究员(点击查看介绍)团队设计并合成了一种新型的荧光大环分子:领结芳烃 (BowtieArene)。
领结芳烃的合成简便,具有对称的双重柱状的大环空腔,因几何形状酷似领结而得名。单晶结构显示该分子的空腔和柱[5]芳烃有几乎相同的形状和尺寸,且晶体中的分子借助-和多重CH-非共价作用呈鱼骨型排布,具有规整的长程分子孔道。
领结芳烃分子不仅在结构上融合了四苯乙烯和柱芳烃特征单元,同时也展示了二者的特色性质,尤其是在多种刺激响应下可实现范围高达100 nm的荧光颜色变化。实验和理论计算的研究结果揭示该分子的荧光性质与分子堆积状态密切相关,如在不同比例的四氢呋喃/水混合溶液中展现出不同的光物理性质以及力致荧光变色性质。此外,因结构中含有的富电子空腔,领结芳烃分子展现出了与柱芳烃类似的有机小分子吸附性质,而且在吸附前后的分子荧光发生了显著变化,展现了普通柱芳烃所不具备的丰富的光物理性质。
结合上述力致变色和蒸汽致变色的性质,领结芳烃被进一步负载在普通滤纸上,通过针式打印机的外力作用可便捷实现荧光图案文字的精细打印。打印后进行蒸汽熏蒸处理即可进行图案擦除,且基于荧光变色的擦-写过程具有很好的可逆性,展现出该分子具备优秀的稳定性。鉴于荧光大环分子在传感、成像等领域已取得的重要应用,领结芳烃有望在上述领域带来潜在的创新应用。
相关工作发表Angewandte Chemie International Edition 上,该工作的第一作者是理化所研究生雷胜男。
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BowtieArene: A Dual Macrocycle Exhibiting Stimuli-Responsive Fluorescence
Sheng-Nan Lei, Hongyan Xiao, Yi Zeng, Chen-Ho Tung, Li-Zhu Wu, Huan Cong
Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201913340
导师介绍
丛欢
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(本稿件来自Wiley)
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