环糊精主-客体包结荧光小分子实现超分子诱导力致变色开关

力致荧光变色材料近年来倍受广泛的关注,常常应用于记忆材料,检测材料以及安全材料领域。制备这类材料大致有两种方法:第一种是通过调节分子组装产生的力致荧光变色开关,另一种则是通过改变化学结构达到力致荧光变色开关。由于明显的颜色变化以及优越的稳定性,诱导化学结构式的变化而产生的力致荧光变色开关越来越受到研究者们的关注。要获得这类力致变色荧光开关,往往需要特殊的设计和制备方法。文献中报道过一种方式是通过共价键连接引入大量的杂原子(N, O 类)从而增强分子间的相互作用力。这种方式需要繁琐的合成过程,而且得到力致荧光变色开关往往需要很大的外力刺激。还有一种方式是将分子进行结晶重排。这种结晶结构同样能使得分子堆积更加紧密和规整,从而诱导力致荧光变色的产生。虽然这种方式避免了繁琐的合成过程,但是结晶的制备需要特殊的环境刺激和各种制备方法的尝试,因而也不容易获得力致荧光变色开关,限制了力致荧光变色材料的应用。所以,迫切需要探索一种无需共价键修饰并且制备方法简单的新体系。

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基于这些需求,最近北京化工大学材料学院的尹梅贞教授课题组开发了一种超分子诱导力致荧光变色材料的新方法。他们将环糊精与荧光小分子作为主客体包结物,引入到了力致荧光变色体系中。通过环糊精与具有弱化学键类小分子如罗丹明和螺吡喃衍生物进行包结,可以使得之前不能或者很难力致荧光变色的小分子在很小的外力的刺激下发生荧光变色。环糊精分子本身具有的较强的氢键和主客体效应不仅仅可以使得客体小分子牢牢地被锁住,还可以很容易地形成比较大的规整堆砌的形貌。所以,当罗丹明和螺吡喃荧光客体小分子与环糊精主体分子进行包结时,客体小分子弱化学键的两端会被紧紧地固定在一个大的规整基质中,在这样的状态下外力更容易传递到小分子的弱化学键上,从而导致化学键的断裂以及力致荧光变色现象。该设计方法避免了传统的共价键修饰以及结晶制备等程序,使得力致荧光变色材料制备过程更加简便,成本更低,通用性更好。相关研究成果发表于Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.201504048),同时被选为Inside Cover Image。

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