拓扑[2+2]环加成策略实现光诱导分子聚集体荧光切换
2023-05-12
摘要：吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室田文晶教授和徐斌教授团队报道了通过拓扑[2+2]环加成实现光诱导分子聚集体荧光切换的新策略
分子聚集体的研究对象是分子以上层次的各种作用相互影响的复杂体系。这种复杂性体现为聚集体中存在各式各样错综复杂的效应和过程，其本质来源于分子之间的弱相互作用及其协同效应。分子聚集体研究领域的核心目标之一就是阐明聚集态结构与性能的关系，在分子水平上对聚集体的结构进行有效调控，并赋予其优异的性能和崭新的功能。
吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室田文晶教授和徐斌教授团队报道了通过拓扑[2+2]环加成实现光诱导分子聚集体荧光切换的新策略。研究发现，苯并噻吩砜（BTO）衍生物在不同分子聚集态条件下可以实现原位[2+2]环加成反应，表现出独特的荧光切换特性，并实现了在不同共混聚合物的相分离荧光可视化的新应用。
为了有效调控分子间弱相互作用和拓扑环加成能力，作者设计并合成三种不同取代基的苯并噻吩砜衍生物（BTO-TF、BTO-OH、BTO-N）。研究发现，不同取代基修饰的BTO衍生物在聚集态条件下表现出截然不同的荧光特性。其中，在紫外光诱导条件下，BTO-TF的晶体和粉末均表现出荧光显著增强特性，而BTO-OH仅在粉末条件下可以发生荧光增强，在晶体中不发生荧光变化。BTO-N在晶体和粉末状态下均不能发生荧光变化。
值得一提的是，BTO-TF单晶在紫外光照射的初始阶段几乎观测不到荧光的发射，然而，随着紫外光的不断照射，BTO-TF 的晶体逐渐显示出强的荧光发射，其荧光量子效率从0%增长到46%。研究发现，在紫外光照射下，在晶体中发了原位[2+2]环加成，形成了光二聚体分子DBTO-t-TF。由于新形成的光二聚体分子DBTO-t-TF避免了BTO-TF间紧密堆积导致的荧光淬灭，实现了荧光的显著增强。
得益于这类BTO衍生物独特的聚集态光化学特性，作者将其掺杂在不同聚合物中表现出截然不同的环加成能力和发光特性，并成功实现了共混聚合物相分离荧光可视化的崭新应用，拓展了发光分子聚集体的功能应用。
Photoinduced Fluorescence Switching in Molecular Aggregates by Topological [2+2] Cycloaddition
Guocui Pan, Zhiyuan Wu, Prof. Zhaoyang Liu, Bin Xu, Wenjing Tian
文章的第一作者是吉林大学的博士研究生潘国翠和武志远。通讯作者是吉林大学徐斌教授。
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202303152
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