Acid/Base and Guest Controlled Delayed Fluorescence and Its Application in Logic Gate

doi:10.7503/cjcu20250382

Abstract

Abstract:

A delayed fluorescence system regulating the space charge transfer（TSCT） pathway via host-guest interactions and acid-base stimulation is proposed. Within the macrocyclic molecule C［3］A⁃1， an intramolecular TSCT pathway forms between the 3-cyanopyridine acceptor in the cavity and the macrocyclic donor， generating green thermally activated delayed fluorescence（TADF） emission. Upon introduction of the guest 2-cyanopyrazine（2-CP）， host-guest assembly induces a conformational change in the receptor， shutting down the intramolecular TSCT pathway. Simultaneously， a new intermolecular TSCT pathway is established between the guest and the macrocycle sidewall， leading to yellow TADF emission and enabling reversible switching of delayed fluorescence. Furthermore， protonation/deprotonation at the receptor's nitrogen site confers acid-base responsiveness， enabling reversible switching of luminescence. Leveraging these multi-stimulus-responsive properties， a multi-level molecular logic gate was successfully constructed， offering novel insights for designing tunable delayed-fluorescence materials.

Key words: Host-guest interaction, Space charge transfer（TSCT）, Stimulus response, Thermally activated delayed fluorescence（TADF）, Calix［3］acridans

CLC Number:

O647

TrendMD:

SONG Kuizhu, LONG Yujie, WANG Yaru, WANG Jiaqi, LYU Haiyan, CHEN Chuanfeng. Acid/Base and Guest Controlled Delayed Fluorescence and Its Application in Logic Gate[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2026, 47(4): 20250382.

Figures/Tables 8

References 41

[1]	Li J.， Wang J.， Li H.， Song N.， Wang D.， Tang B. Z.， Chem. Soc. Rev.， 2020， 49（4）， 1144—1172
[2]	Guo Y. J.， Zhang M. P.， Gong Z. T.， Zhao Y. L.， Shi K. Q.， He L. L.， Acta Chim. Sin.， 2025， 83， 309—318
[3]	Li Y. X.， Liu Y.， Acta Chim. Sin.， 2023， 81， 928—936
[4]	Wu X.， Duan Q. P.， Ni M. F.， Hu X. Y.， Wang L. Y.， Chin. J. Org. Chem.， 2014， 34， 437—449
[5]	Huang S. L.， Yang L. P.， Wang L. L.， Yao H.， Chin. J. Org. Chem.， 2025， 45， 3624—3643
[6]	Long Y. J. Han X. N.， Han Y.， Chen C. F.， Chin. Chem. Lett.， 2025， 36（6）， 110600
[7]	Narayanan A.， Cao D.， Frazer L.， Tayi A. S.， Blackburn A. K.， Sue A. C. H.， Ketterson J. B.， Stoddart J. F.， Stupp S. I.， J. Am. Chem. Soc.， 2017， 139（27）， 9186—9191
[8]	Wu J. R.， Wu G.， Yang Y. W.， Acc. Chem. Res.， 2022， 5， 3191—3204
[9]	Kato K.， Kaneda T.， Ohtani S.， Ogoshi T.， J. Am. Chem. Soc.， 2023， 145， 6905
[10]	Li J.， Han Y.， Chen C. F.， Chin. J. Org. Chem.， 2020， 40， 3714—3737
[11]	Wang Y.， Wu H.， Hu W.， Stoddart J. F.， Adv. Mater.， 2022， 34（22）， 2105405
[12]	Yin C.， Yan Z. A.， Ma X.， Chem. Commun.， 2023， 59（90）， 13421—13433
[13]	Han X. N.， Han Y.， Chen C. F.， Chem. Soc. Rev.， 2023， 52（9）， 3265—3298
[14]	Chen C. F.， Han Y.， Acc. Chem. Res.， 2018， 51， 2093—2106
[15]	Zhang Z.， Li C.， Chin. J. Org. Chem.， 2021， 41， 2923—2924
[16]	Ogoshi T.， Shimada Y.， Sakata Y.， Akine S.， Yamagishi T.， J. Am. Chem. Soc.， 2017， 139（16）， 5664—5667
[17]	Blanco⁃Gómez A.， Cortón P.， Barravecchia L.， Neira I.， Pazos E.， Peinador C.， García M. D.， Chem. Soc. Rev.， 2020， 49（12）， 38343862
[18]	Gu M. J.， Guo W. C.， Han X. N.， Han Y.， Chen C.F.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2024， 63 （28）， e202407095
[19]	Zhou H. Y.， Zhang D. W.， Li M.， Chen C. F.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2022， 61 （15）， e202117872
[20]	Yu X. K.， Wu W. H.， Zhou D. Y.， Su D.， Zhong Z. H.， Yang C.， CCS Chem.， 2022， 4， 1806—1814
[21]	Zhang Z. Y.， Li C. J.， Acc. Chem. Res.， 2022， 55， 916—929
[22]	Niu S.， Mao L. L.， Xiao H.， Zhao Y.， Tung C. H.， Wu L. Z.， Cong H.， Chin. Chem. Lett.， 2022， 33， 1970—1974
[23]	Cheng L.， Zeng F.， Wang X.， Chin. J. Org. Chem.， 2023， 43， 352—356
[24]	Yang J.， Dai D.， Ma L.， Yang Y. W.， Chin. Chem. Lett.， 2021， 32， 729—734
[25]	Li S.， Zhu C.， Mao L.， Zhang X.， Ye Z.， Li C.， Ma D.， Sci. Chin. Chem.， 2025， 68， 3116—3122
[26]	Mi Y.， Ma J.， Liang W.， Xiao C.， Wu W.， Zhou D.， Yao J.， Sun W.， Sun J.， Gao G.， Chen X.， Chruma J. J.， Yang C.， J. Am. Chem. Soc.， 2021， 143（3）， 1553—1561
[27]	Li M.， Liu Y.， Duan R.， Wei X.， Yi Y.， Wang Y.， Chen C. F.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2017， 56（30）， 8818—8822
[28]	Hu J.， Li Q.， Wang X.， Shao S.， Wang L.， Jing X.， Wang F.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2019， 58（25）， 8405—8409
[29]	Wu J. R.， Li D.， Wu G.， Li M. H.， Yang Y. W.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2022， 61， e202210579
[30]	Yuan W. Z.， Gong Y.， Chen S.， Shen X. Y.， Lam J. W. Y.， Lu P.， Lu Y.， Wang Z.， Hu R.， Xie N.， Kwok H. S.， Zhang Y.， Sun J. Z.， Tang B. Z.， Chem. Mater.， 2012， 24（8）， 1518—1528
[31]	Beldjoudi Y.， Narayanan A.， Roy I.， Pearson T. J.， Cetin M. M.， Nguyen M. T.， Krzyaniak M. D.， Alsubaie F. M.， Wasielewski M. R.， Stupp S. I.， Stoddart J. F.， J. Am. Chem. Soc.， 2019， 141， 17783—17795
[32]	Gu M. J.， Han X. N.， Guo W. C.， Han Y.， Chen C. F.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2023， 62， e202305214
[33]	Yuan T.， Vazquez M.， Goldner A. N.， Xu Y.， Contrucci R.， Firestone M. A.， Olson M. A.， Fang L.， Adv. Funct. Mater.， 2016， 26， 8604—8612
[34]	Feng Q.， Zhu S.， Wang B.， Yu F.， Li H.， Yu M.， Xu M.， Xie L.， Adv. Funct. Mater.， 2024， 34， 2312622
[35]	Han Y.， Song K. Z.， Long Y. J.， Guo W. C.， Ji M. J.， Han X. N.， Chen C. F.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2025， 64， e202508987
[36]	Ma J. H.， Han Y.， Guo W. C.， Lu H. Y.， Chen C. F.， CCS Chem.， 2025， 6， 2623—2632
[37]	Wang J. Q.， Long Y. J.， Song K. Z.， Han Y.， Chen C. F.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2025， 64， e202514366
[38]	Ma J. Y.， Mao Y. L.， Zhao T.， Wu， W. H.， Ji J. C.， Wei L. L.， Shi Y. Z.， Zhou D. Y.， Chen X. C.， Li K.， Yang C.， CCS Chem.， 2025， DOI： 10.31635/ccschem.025.202506868
[39]	Song K. Z.， Guo W. C.， Ji M. J.， Han Y.， Lu H. Y.， Chen C. F.， Chem. Eur. J.， 2025， 31， e02916
[40]	Uoyama H.， Goushi K.， Shizu K.， Nomura H.， Adachi C.， Nature， 2012， 492， 234—238
[41]	Zhou Z.， Qiao C.， Wang K.， Wang L.， Liang J.， Peng Q.， Wei Z.， Dong H.， Zhang C.， Shuai Z.， Yan Y.， Zhao Y. S.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2020， 59， 21677—21682

INPUT				OUTPUT
In1	In2	In3	In4	In5	O1	O2	O3
C[3]A⁃1	C[3]A⁃2	TFA	TFA	2⁃CP	No FL	Green FL	Yellow FL
1	0	0	0	0	0	1	0
1	0	1	0	0	1	0	0
1	0	0	0	1	0	0	1
1	0	1	0	1	1	0	0
1	0	1	1	0	0	1	0
1	1	1	1	1	0	0	1
1	1	1	0	0	0	0	1

INPUT				OUTPUT
In1	In2	In3	In4	In5	O1	O2	O3
C[3]A⁃1	C[3]A⁃2	TFA	TFA	2⁃CP	No FL	Green FL	Yellow FL
1	0	0	0	0	0	1	0
1	0	1	0	0	1	0	0
1	0	0	0	1	0	0	1
1	0	1	0	1	1	0	0
1	0	1	1	0	0	1	0
1	1	1	1	1	0	0	1
1	1	1	0	0	0	0	1