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Angew. Chem. :基于芘修饰环糊精的主-客体络合诱导聚集增强的ECD和CPL

圆偏振发光(CPL)材料因其在3D显示、信息加密、生物检测和传感等方面的潜在应用而引起科学家的高度关注。手性有机发色团具有成本低,光物理性质可调节和易衍生化等特点,成为了CPL材料研发的较优选择。然而,手性有机分子的手性光学活性通常较弱,其不对称因子gabs和glum通常小于10-3。近年来,化学家们发展了包括将有机生色团引入配位络合物、共轭聚合物或超分子组装中等多种策略用于提高有机分子的手性光学活性。其中,超分子组装体通常是基于非共价相互作用的动态系统,这既为CPL材料的可调控性带来更多的可能性,但也往往因为其手性限制作用不够强,影响了发色团的手性光学活性。

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近日,四川大学杨成教授团队发展了一种基于共包结诱导聚集从而增强手性光学活性的超分子策略。如上图所示,作者设计合成了双芘取代的γ-环糊精衍生物。在水溶液中,由于芘和环糊精的1:2主客体包结作用,形成了芘单元互穿包结的超分子聚合物。其中,两个芘在环糊精手性空腔中堆积诱导产生手性激基缔合物发光,而进一步的聚集作用(下图)使得芘被严格限制于环糊精手性空腔中,从而表现出优异的手性光谱性质,其gabs和glum分别高达0.043和0.053,是目前已知的芘手性超分子聚集体中的最高值;其次由于空腔包结和聚集的保护作用导致非辐射跃迁减少,使得该超分子体系拥有出色的荧光量子效率Φf,最高可以达到64.1%;再者,该体系的手性光谱特性可通过温度、pH、竞争主体和客体进行控制,实现了对该CPL材料的动态可调控性。

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圆偏振发光亮度(BCPL = ε × Φf × |glum|/2)被用于描述材料的CPL发光性能。然而,ε可随单一分子中发色团数量倍增,因此BCPL无法合理比较和评价在同一分子中导入多个发色团单元和简单提高相应发色团浓度造成的手性发光亮度。因此,作者提出圆偏振发光单元亮度BiCPL = BCPL/n这一新的参数来评价分子中每个发色团单元的手性发光性能,其中n为分子中发色团单元的数量。如下表所示,因为同时拥有较高的Φf和glum,该芘双取代γ-环糊精超分子体系的BCPL和BiCPL分别为338.6 M-1cm-1和169.3 M-1cm-1。其中,BiCPL为目前已知的芘激基缔合物手性发光的最高值。

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总之,杨成教授团队发展了一种利用协同共作用诱导聚集的超分子策略,有效地将两个芘单元限制于相对刚性的手性环境中,从而实现了手性光学活性的显著增强,由此为基于超分子系统的CPL材料的制备和研发提供了一种新的策略。

文信息

Host–Guest Complexation-Induced Aggregation Based on Pyrene-Modified Cyclodextrins for Improved Electronic Circular Dichroism and Circularly Polarized Luminescence

Chenlin Tu,Prof.?Dr. Wanhua Wu,Prof.?Dr. Wenting Liang,Dr. Dongjing Zhang,Wei Xu,Dr. Shigang Wan,Prof.?Dr. Wei Lu,Prof.?Dr. Cheng Yang


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202203541


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