清華新聞網(wǎng)2月21日電 近日，清華大學(xué)化學(xué)系佟碩副教授、肖海副教授和王梅祥教授在鋸齒型手性分子帶的合成及圓偏振發(fā)光性能上取得突破性進(jìn)展，利用雙向環(huán)化策略，合成得到了具有高張力的氧摻雜鋸齒型的手性分子帶。該新型手性帶狀分子還展現(xiàn)出優(yōu)異的圓偏振發(fā)光（CPL）性能，其發(fā)光不對(duì)稱(chēng)因子（glum）高達(dá)0.022。
該團(tuán)隊(duì)從簡(jiǎn)單易得的雷索芳烴原料出發(fā)，通過(guò)傅克?；昂罄m(xù)的串聯(lián)環(huán)化反應(yīng)，成功合成了具有大p共軛體系的大環(huán)分子4。隨后采用二次“跨灣筑橋”策略，將上沿臨近的反應(yīng)位點(diǎn)進(jìn)行橋聯(lián)成鍵，成功地構(gòu)建了具有C2對(duì)稱(chēng)性的氧摻雜鋸齒型手性分子帶8-10。
圖1. 雙重“跨灣筑橋”策略合成高張力分子的思路及具體合成路線(xiàn)
進(jìn)一步研究其手性光物理性能時(shí)發(fā)現(xiàn)由大環(huán)分子4到半帶分子6再到帶狀分子8-10，圓偏振發(fā)光（CPL）的強(qiáng)度出現(xiàn)了顯著增加的趨勢(shì)，各向異性不對(duì)稱(chēng)因子（|glum|）大小也隨之增加（8-10（0.015-0.022）>6（0.007）>4（0.001））。理論計(jì)算（PBE0/6-31G（d））表明環(huán)狀分子與帶狀分子發(fā)光不對(duì)稱(chēng)因子顯著差異主要原因?yàn)殡娕紭O矩與磁偶極矩之間的夾角隨著分子剛性增加而逐漸趨向于平行或反平行，例如在環(huán)狀分子4中，二者的夾角為84o，而對(duì)于分子帶9，二者夾角為0o，顯示了具有Cn多重旋轉(zhuǎn)軸的帶狀高張力分子在開(kāi)發(fā)具有高不對(duì)稱(chēng)因子的CPL材料方面的巨大優(yōu)勢(shì)與潛力。
圖2. a)紫外吸收、熒光發(fā)射和CD光譜圖；b)CPL發(fā)射光譜和發(fā)光不對(duì)稱(chēng)因子；c)P-對(duì)映體S1?S0躍遷電(m,藍(lán)色)和磁(m,紅色)躍遷偶極矩的TD-DFT計(jì)算；d) CPL性能總結(jié)
該研究不僅為高張力分子帶的合成提供了一種行之有效的策略，同時(shí)為開(kāi)發(fā)具有高CPL性能的手性發(fā)光材料提供了全新范式。
研究成果以“具有優(yōu)異圓偏振發(fā)光性能的高張力氧摻雜鋸齒型手性分子帶的合成”（Highly Strained Oxygen-doped Chiral Molecular Belts of Zigzag-type with Strong Circularly Polarized Luminescence）為題發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem. Int. Ed）期刊。
文章第一作者為清華大學(xué)化學(xué)系2020級(jí)博士生陳佳輝，文章共同通訊作者為佟碩副教授和肖海副教授。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金及清華大學(xué)“篤實(shí)專(zhuān)項(xiàng)”的資助。
論文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202301782
供稿：化學(xué)系
編輯：李華山
審核：郭玲
