基于电致酸/碱理论的手性光学切换体系

doi:10.7503/cjcu20210478

高等学校化学学报 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (12): 3651.doi: 10.7503/cjcu20210478

基于电致酸/碱理论的手性光学切换体系

龚怡然¹, 陈昌兵²^,³, 毛倩楠²^,³, 马栋良²^,³, 刘国权²^,³(), 杨国坚¹(), 张宇模¹

^1.吉林大学化学学院, 长春 130012
^2.军事科学院国防工程研究院工程防护研究所, 洛阳 471023
^3.河南特种防护材料重点实验室, 洛阳 471023

收稿日期:2021-07-06 出版日期:2021-12-10 发布日期:2021-09-23
通讯作者: 刘国权,杨国坚 E-mail:442961927@qq.com;jluygj@163.com
基金资助:
河南省特种防护材料重点实验室(SZKFJJ202002);中原科技创新领军人才项目(214200510007)

Chiroptical Molecular Switches Based on Reversible Electroacid/Electrobase

GONG Yiran¹, CHEN Changbing²^,³, MAO Qiannan²^,³, MA Dongliang²^,³, LIU Guoquan²^,³(), YANG Guojian¹(), ZHANG Yumo¹

^1.College of Chemistry，Jilin University，Changchun 130012，China
^2.Institute of Engineering Protection，IDE，AMS，PLA，Luoyang 471023，China
^3.Henan Key Laboratory of Special Protective Materials，Luoyang 471023，China

Received:2021-07-06 Online:2021-12-10 Published:2021-09-23
Contact: LIU Guoquan,YANG Guojian E-mail:442961927@qq.com;jluygj@163.com
Supported by:
the Henan Key Laboratory of Special Protective Materials, China(SZKFJJ202002);the ZhongYuan Science and Technology Innovation Leadership Program of China(214200510007)

摘要/Abstract

摘要：

手性分子光学开关在光学储存、光学通信以及三维立体显示等领域有着重要的应用价值. 但是目前的手性分子光学开关存在材料种类少、光学可调性差、稳定性差等缺点, 如何构筑出具有高光学可调性以及稳定性的手性光学切换体系依旧是一项严峻的挑战. 本工作基于电致酸/碱理论, 通过将手性联萘官能团引入到酸响应的罗丹明主体结构中, 设计并合成了一种新型的酸响应手性光学开关分子, 并将其与电致酸材料相结合, 成功实现了电场驱动的手性光学开关过程, 开发了一种新型的手性光学切换体系. 发现在合适的电场控制下, 其颜色、荧光以及圆二色谱信号均能发生可逆的变化. 这种方法为构筑新型手性光学开关体系提供了一种新思路, 对手性光学开关材料的应用拓展具有重要的参考价值.

关键词: 电致酸/碱, 手性切换, 分子开关

Abstract:

Chiroptical molecular switches have been intensively investigated in recent years due to their broad applications in the fields of optical storage， optical communication， three-dimensional imaging， etc. However， some drawbacks， such as few materials， poor optical tunability and poor stability of current chiroptical molecular switches， hinder their applications to construct a chiroptical switching device with high optical tunability and ideal stability. Thus， how to develop a chiroptical switching system with promising performances is still a serious challenge for the researchers. Herein， based on the reversible ‘electroacid/electrobase’ theory， we designed and synthesized a novel acid-responsive chiroptical molecular switch by introducing a chiral binaphthyl functional group into the acid-sensitive rhodamine structure. A novel chiroptical switching system has been successfully developed by the acid-responsive chiroptical molecular switches combining with electroacid materials， as its chiroptical property can be switched by the electric field reversibly. The results show that the color， fluorescence and circular dichroic（CD） signals of this new material could be reversibly regulated under the control of a suitable electric field. In conclusion， this method provides a brand new idea of constructing new chiroptical molecular switching systems， and it will be beneficial for expending the properties and applications of chiroptical molecular switching materials in the future.

Key words: Electroacid/electrobase, Chiral switching, Molecular switch

中图分类号:

O621

TrendMD:

龚怡然, 陈昌兵, 毛倩楠, 马栋良, 刘国权, 杨国坚, 张宇模. 基于电致酸/碱理论的手性光学切换体系. 高等学校化学学报, 2021, 42(12): 3651.

GONG Yiran, CHEN Changbing, MAO Qiannan, MA Dongliang, LIU Guoquan, YANG Guojian, ZHANG Yumo. Chiroptical Molecular Switches Based on Reversible Electroacid/Electrobase. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(12): 3651.

图/表 8

Scheme 1 Synthetic route of the chiroptical molecular switch(S?Rh?N)

Scheme 2 Synthetic route of the electroacid(Urea?N)

Scheme 3 Structure of a thin?layer quartz electrochemical cell used to measure the redox states in solution in situ

Fig.1 Acid?sensitive properties of S?Rh?NCircular dichroism(CD) spectra(A), structural change(B), UV?Vis absorption spectra(C) and fluorescence emission spectra(D) of 1.0×10-5 mol/L S?Rh?N in acetonitrile(CH3CN) when added various amounts of trifluoroacetic acid(CF3COOH), respectively.

Fig.2 Cyclic voltammetric(CV) curves of 1.0×10-3 mol/L S?Rh?N and 1.0×10-3 mol/L Urea?N with 0.1 mol/L TBAPF6 in CH3CN, respectively

Fig.3 Spectroelectrochemistry measurements of the mixture of Urea?N(1.0×10-3 mol/L) and S?Rh?N(1.0×10-4 mol/L) in situ with 0.1 mol/L TBAPF6 in CH3CN(A) Absorption at 555 nm by in situ CV(100 mV/s) of the mixture; (B) UV?Vis absorption spectra at 0.5 V vs. Ag/AgNO3;(C) intensity at 587 nm excited by 550 nm by in situ CV(50 mV/s); (D) fluorescence emission spectra at 0.5 V vs. Ag/AgNO3.

Fig.4 CD spectra of the mixture of 1.0×10-3 mol/L Urea?N and 1.0×10-4 mol/L S?Rh?N before and after adding voltage

Scheme 4 Diagram of the chiroptical switching mechanism induced by Urea?N as the electroacid

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