Chem报道我校“振动诱导发光”分子机器最新进展

 

如何将人工分子机器的分子尺度的机械运动转换为光学信号并实现可视化一直是该领域的主要挑战之一。近日,我校化学学院曲大辉教授课题组成功构建“振动诱导发光”分子机器,相关成果以“Reversibly Modulating a Conformation-Adaptive Fluorophore in [2]Catenane”为题发表于Chem(Chem, 2021, 10.1016/j.chempr.2021.02.019)。

  振动诱导发光(Vibration Induced Emission, VIE)是一种有机共轭分子发光的新机制,它由田禾院士团队在研究二氢二苯并吩嗪类分子独特的发光现象时提出(JACS, 2015, 137, 8509; Chem. Commun. 2015, 51, 4462)。该类分子独特的构象自适应的多色发光行为使其能够对分子尺度的微小环境变化产生肉眼可见的荧光信号输出,包括分子环张力(JACS, 2017, 139, 1636)、位阻效应(Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 9880)、超分子自组装(Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 2855; Adv. Opt. Mater. 2018, 6, 1800074)等。这些特点使VIE分子在构建荧光探针(Matile, S., et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 10559)、分子“游标卡尺”(JACS, 2019, 141, 14798; Stang, P., et al. JACS, 2019, 141, 5535)、动态发光材料(Chem. Sci. 2020, 11, 7525)等多个领域展现潜在应用。

  在此背景下,曲大辉教授和田禾院士课题组将这一概念引入人工分子机器领域。研究人员利用分子内环化巧妙构建出可识别客体分子的VIE冠醚大环,该大环具有类似传统冠醚大环的主客体识别能力,同时主客体包结前后体系荧光光谱发生明显位移。这是由于客体的引入使原本柔性的冠醚链刚性化,进一步限制了VIE分子的振动构象自由度,从而改变体系荧光信号。研究人员进一步利用这一VIE主客体结构为基本单元构建出机械互锁[2]索烃。实验结果表明,机械键的引入使得VIE大环能够在互锁受限空间内进行酸碱调控的分子尺度的相对机械运动,并且伴随着肉眼可见的荧光变化,实现分子尺度机械运动的光信号输出和可视化,为构筑荧光信号输出的人工分子机器提供了概念新颖的设计策略。

  该研究工作主要由我校化学学院杨舜博士、博士生赵蔡鑫、张琦博士在曲大辉教授的指导下完成,并得到了田禾院士的悉心指导。计算化学方面得到荷兰格罗宁根大学Stefano Crespi博士的大力支持,同时在发光机理方面得到张志云研究员、梅菊副教授的大力帮助。该工作获得了国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金委重大项目、教育部材料生物学与动态化学前沿科学中心、基础科学中心、上海市重大科技专项等项目资金的支持。

  华东理工大学曲大辉教授在分子机器、动态化学及其智能材料等研究领域取得了一系列重要进展,在Chem. Rev.、Chem、Matter、Sci. Adv.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等国际主流学术期刊上发表SCI收录论文100余篇。近日,曲大辉教授接到英国皇家化学会(Royal Society of Chemistry,RSC)通知,被选为英国皇家化学会会士(Fellow of the Royal Society of Chemistry,FRSC)。英国皇家化学会成立于1841年,是世界上历史最悠久的化学学术团体,也是国际上最有影响的国际权威学术机构之一。英国及国际上一些在化学科学研究方面取得突出成就和为推动化学科学发展作出重要贡献的科学家被推选为其会士(Fellow)。