ChemPhotoChem:基于蒽吡啶化合物在溶液与晶体中的可逆荧光酸碱响应

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近年来,能够对外部刺激做出反应并表现出荧光变化的有机化合物在智能显示器、光学数据存储、防伪、生物成像和传感器中的潜在应用越来越受到关注。其中,具有长程有序分子堆积结构并在酸和碱刺激下表现出荧光响应的有机分子晶体由于其结构与功能的可调性而受到人们的青睐。这些化合物的可逆荧光变化通常归因于分子间的相互作用差异或电子跃迁,具有较好的可调性。此外作为晶体,人们还可以通过晶体X射线衍射等测量方法来测量表征反应过程中的晶体结构,方便对作用机制与反应过程进行更深入的探究。


然而,另一方面,分子晶体本身通常具有一定易脆性,在酸性/碱性条件下易疲劳损毁。此外,大多数有机染料化合物,如共轭分子,还受到典型的聚集诱导猝灭(ACQ)效应的影响,这严重阻碍了这类化合物的进一步应用。因此,在分子晶体材料中实现高度可逆的荧光响应比在溶液或聚合物等无定形系统中更具挑战性。近期,华东理工大学化学与分子工程学院的童非特聘研究员课题组以蒽和吡啶为骨架,合成了两种新的有机化合物(AN9P和AN2P)。这两种化合物在溶液和固态(包括多晶态和单晶)中,在交替的酸和碱处理下都表现出可逆的荧光转化。AN9P和AN2P溶液可以被调节以发射白光发光。AN9P和AN2P多晶体的光致发光在交替的酸和碱的刺激下表现出宽范围(>300nm)的快速荧光变化,并且在可逆过程的15个循环后仍然表现出无明显衰减的强烈荧光发射。以AN9P化合物为基础,可以开发构筑一种可以多次形成微小图案(0.5-1.0 mm)的可擦写纸。实验结果和理论计算结果表明,在可逆质子化和去质子化过程中,AN9P和AN2P分子中吡啶基团上的氮原子显著影响了分子内和分子间的电子相互作用,导致其前沿分子轨道和荧光发射特性发生变化。该项研究结果为设计在溶液和固态晶体中同时具有高度动态荧光变化的分子结构提供一种可行方案。

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图1. AN9P与AN2P固态晶体在酸碱交替作用发生大幅度的可逆荧光变化

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图2. AN9P与AN2P晶体在酸碱交替作用下的晶体结构的可逆变化

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图3. 基于AN9P化合物构建的酸碱响应可擦除纸

文信息

Reversible Acid-Base Responsive Fluorescence Changes of Solutions and Crystals Based on Anthracenyl Pyridyl Derivatives

Tian-Le Zhang, Dr. Chengxi Zhao, Zhi-Jian Liu, Dr. Tian-Yi Xu, Hui-Yao Lin, Shang-Wu Zhou, Yu-Hao Li, Prof. Dr. Fei Tong


ChemPhotoChem

DOI: 10.1002/cptc.202300194

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