诺奖得主 Feringa 团队: 过度拥挤苯乙烯型分子马达开关的设计策略和原则

研究背景

光响应分子马达和开关的出现和发展，使得对分子的可逆高时空精度控制和减少能源浪费成为可能。近些年来，这些光响应分子在各领域都得到了广泛的应用，包括控制超分子自组装，液晶，多孔材料的性能以及光切换的催化等领域。

不同于其他经典的光响应的分子开关，如偶氮苯，二噻吩乙烯，螺吡喃等结构，基于过度拥挤苯乙烯型的分子开关具有其本征的动态手性切换能力。

此外，由于两种异构体（稳态与亚稳态）具有良好的吸收光谱区分度和明显的立体几何构型的变化，室温下两种异构体都具有良好的热稳定性（半衰期 >20 年, P 型）以及高光异构产率等优点，使得这些分子在控制更复杂的超分子系统和响应材料等体系中具有独特前景。

然而目前对基于过度拥挤苯乙烯型的这类分子马达及开关的设计来调控其性能的系统研究仍然非常有限。特别是不同的官能团如何影响过度拥挤苯乙烯型分子开关激发态光化学的性质，直接影响对这类分子的设计以及其应用。而该类分子的合成难度也进一步限制了这类光分子开关的开发和应用。

基于此，近日荷兰格罗宁根大学 Feringa 团队提出了该类分子开关的设计策略和原则。

该工作通过优化该分子骨架合成的线路，以及通过引入一系列推拉电子的基团，和具有应用价值前景的官能团，系统研究了电子效应对于该类光开关分子光化学性质的影响，并发现该类分子的光异构过程不遵循 Kasha 规则。

通过动力学实验和理论计算，揭露了该类分子开关的双稳态的特性。最后，根据对于各类官能团取代的分子开关的研究，作者总结了如何设计合理的该类分子开关，从而可以最优化的设计应用于不同的体系当中。

该成果以“Designing P-type bi-stable overcrowded alkene-based chiroptical photoswitches”为题，发表在英国皇家化学会期刊 Chemical Science 上。

工作亮点

1、优化了该分子开关的合成路线。并且合成了一系列具有应用前景的分子开关前体。

2、揭露了推拉电子效应对于该类分子开关激发态光化学性质的影响，并发现了该类分子开关的光化学过程不遵循 Kasha 规则。

3、提出了该类分子开关的设计原则，为其合理化设计以及应用提供了重要的信息。

论文信息

Designing P-type bi-stable overcrowded alkene-based chiroptical photoswitches

Jinyu Sheng, Wojciech Danowski,* Stefano Crespi, Ainoa Guinart, Xiaobing Chen, Cosima Stähler, Ben. L. Feringa*

Chem. Sci., 2023
https://doi.org/10.1039/D2SC05903G

作者简介

盛金宇 博士

荷兰格罗宁根大学化学系

本文第一作者，2014 年本科毕业于中国海洋大学化学化工学院，2017 年硕士毕业于清华大学化学系。于 2023 年 1 月博士毕业于荷兰格罗宁根大学，师从 2016 年诺贝尔化学奖得主之一的 Ben Feringa 教授。现在 Feringa 组从事博士后研究。主要研究领域为分子机器（分子马达和分子开关）的设计和开发以及其在多孔材料领域的应用。

Prof. Ben L. Feringa

格罗宁根大学

伯纳德•费林加（Bernard L. Feringa），2016 年诺贝尔化学奖得主，格罗宁根大学教授，华东理工大学费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心外方主任，教授，博士生导师。费林加教授于 1978 年在荷兰 Groningen 大学获得博士学位。毕业后曾于荷兰和英国 Shell 公司从事研究员工作，后回到 Groningen 大学担任讲师并于 1988 年成为教授，2003 年成为分子科学院 Jacobus H. van’t Hoff 特聘教授，2008 年被授予学院教授称号并被荷兰女王封为爵士。2010 年成为荷兰化学基金会主席，2011 年担任荷兰皇家科学院副院长和慕尼黑工业大学先进研究所 Hans Fischer 名誉研究员，2015 年任格罗宁根大学化学系统中心主任。围绕动态分子设计与精准合成，其主要研究方向包括分子机器与分子马达、立体化学、有机合成、不对称催化、自组装、分子纳米系统和光药理学。费林加教授论文被引用 87000 余次，H 因子高达 143 （Google Scholar 数据 ）。

个人主页：http://www.benferinga.com/

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* 2021 Journal Citation Reports (Clarivate, 2022)

^† CiteScore 2021 by Elsevier

^‡ 中位数，仅统计进入同行评审阶段的稿件

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