化学系成功合成具有优异圆偏振发光性能的高张力氧掺杂锯齿型手性分子

清华新闻网2月21日电 近日，清华大学化学系佟硕副教授、肖海副教授和王梅祥教授在锯齿型手性分子带的合成及圆偏振发光性能上取得突破性进展，利用双向环化策略，合成得到了具有高张力的氧掺杂锯齿型的手性分子带。该新型手性带状分子还展现出优异的圆偏振发光（CPL）性能，其发光不对称因子（glum）高达0.022。

该团队从简单易得的雷索芳烃原料出发，通过傅克酰基化及后续的串联环化反应，成功合成了具有大p共轭体系的大环分子4。随后采用二次“跨湾筑桥”策略，将上沿临近的反应位点进行桥联成键，成功地构建了具有C2对称性的氧掺杂锯齿型手性分子带8-10。


图1. 双重“跨湾筑桥”策略合成高张力分子的思路及具体合成路线

进一步研究其手性光物理性能时发现由大环分子4到半带分子6再到带状分子8-10，圆偏振发光（CPL）的强度出现了显著增加的趋势，各向异性不对称因子（|glum|）大小也随之增加（8-10（0.015-0.022）>6（0.007）>4（0.001））。理论计算（PBE0/6-31G（d））表明环状分子与带状分子发光不对称因子显著差异主要原因为电偶极矩与磁偶极矩之间的夹角随着分子刚性增加而逐渐趋向于平行或反平行，例如在环状分子4中，二者的夹角为84o，而对于分子带9，二者夹角为0o，显示了具有Cn多重旋转轴的带状高张力分子在开发具有高不对称因子的CPL材料方面的巨大优势与潜力。


图2. a)紫外吸收、荧光发射和CD光谱图；b)CPL发射光谱和发光不对称因子；c)P-对映体S1®S0跃迁电(m,蓝色)和磁(m,红色)跃迁偶极矩的TD-DFT计算；d) CPL性能总结

该研究不仅为高张力分子带的合成提供了一种行之有效的策略，同时为开发具有高CPL性能的手性发光材料提供了全新范式。

研究成果以“具有优异圆偏振发光性能的高张力氧掺杂锯齿型手性分子带的合成”（Highly Strained Oxygen-doped Chiral Molecular Belts of Zigzag-type with Strong Circularly Polarized Luminescence）为题发表在《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed）期刊。

文章第一作者为清华大学化学系2020级博士生陈佳辉，文章共同通讯作者为佟硕副教授和肖海副教授。该研究得到国家自然科学基金及清华大学“笃实专项”的资助。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202301782