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Angew. Chem. :可见光驱动环形分子马达对手性翻转和圆偏振光的可逆调节2023-02-18
新型拓扑分子材料的手性调节和手性翻转一直是科学界的研究重点,用光分子马达调节手性能够带来便捷的调控方法。然而传统的光分子马达需要较高能量的紫外光驱动,因此发展环境友好型的可见光调控分子马达是理想的解决方法。

近日,东南大学李全院士及合作者报道了一系列的环形光分子马达能够用可见光驱动环形分子马达对诱导形成的螺旋液晶超结构进行手性调控。在此分子马达中,具有光响应的偶氮苯与具有轴手性的联萘通过柔性碳链连成环形拓扑分子结构,并在联萘的6,6‘号位上直接连上不同长短的化学基团。特殊的环形拓扑分子结构改变了临位取代偶氮苯的平面结构,使得偶氮苯的顺、反两种异构物的n→π*能级跃迁吸收峰的分离,从而实现不同波长的可见光驱动偶氮苯的可逆顺反异构以及环形分子的性能可逆调节。

 

 

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图1. 联萘上不同长短取代基的环形分子在可见光照射下展现不同手性变化。

当这一系列的环形分子马达加入向列相液晶中时,作者发现了根据取代基团的长短不同,环形光分子马达在液晶中展现了完全不同方向的光致性能变化。当较短的基团连接在环状分子中联萘上,环状分子马达在绿光照射下能够驱动液晶螺旋超结构的手性翻转。而当较长的基团连接在联萘上时,环状分子首先展现较大的初始螺旋扭曲力,当在可见光照射下环状分子马达展现了仅有扭曲力的减小而保持螺旋方向的不变。通过理论计算,作者提出了光敏性的偶氮苯与轴手性的联萘相互协同作用效应。当环形分子内邻位偶氮苯在光驱动下异构时,联萘的轴手性通过环形分子内的传导,使得顺式异构的偶氮苯获得与联萘手性相反的一个螺旋手性。当联萘上有较短的取代基时,联萘的轴手性相对值不大,顺式异构偶氮苯的相反螺旋手性能够克服联萘的轴手性,从而实现绿光驱动手性翻转。而当联萘上有较长的取代基时,联萘的轴手性相对较大,顺式异构偶氮苯的螺旋手性仅能抵消部分而不足以克服联萘的轴手性,从而展现仅有螺旋扭曲力的减小,而没有手性翻转。

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图2. 绿光驱动螺旋液晶超结构的手性翻转。

当用较短的取代基得到的环形分子马达展现了螺旋液晶超结构的可逆手性翻转。受到环形分子诱导形成的液晶超结构在绿光照射下展现了从左旋到无手性的向列项液晶的转变,并最终形成相反手性的右旋超结构。

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图3. 绿光驱动圆偏振光在全可见光及近红外的反射调节。

而当较长的取代基使得环形分子马达在液晶主体中仅有螺旋扭曲力的减小但保持相同的手性,将合适比例的环形分子马达加在液晶中诱导形成可见光驱动自组装螺旋液晶超结构对圆偏振光反射从可见光到近红外区域的调节。

这一系列的环形拓扑分子结构中纳入了可见光异构的邻位偶氮苯和具有轴手性的联萘基团,并在联萘上进行不同的化学修饰形成新型功能的分子马达,展现了可见光驱动不同方向的光物理性能变化。此类环形分子马达可作为基本分子框架进行其他化学功能的修饰,成为更广泛的环境友好型智能材料的研发基础。

文信息

Reversible Handedness Inversion and Circularly Polarized Light Reflection Tuning in Self-Organized Helical Superstructures Using Visible-Light-Driven Macrocyclic Chiral Switches
Hao Wang, Yuqi Tang, Hari Bisoyi, and Quan Li*

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202216600

 

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