【儀表網 研發快訊】圓偏振發光(CPL)小分子因具有精準可調的結構、明確的構效關系、易于揭示發光機制等優點成為手性發光材料領域的研究熱點。研究者近年來一直致力于開發兼具高發光不對稱因子(glum)和高發光量子產率(ΦPL)的“雙提升”新型手性分子，然而大多數手性結構的圓偏振發光(CPL)小分子衍生物面臨著官能團多樣性缺乏、合成步驟冗長、拆分效率低下等原因帶來的規模化制備不足，進而限制了人們對其構效關系的深度研究。
二十面體碳硼烷因其獨特的三維芳香結構、電子離域骨架和出色的熱/化學穩定性而著稱，已成為配位化學、催化化學、功能材料和光電子學的多功能結構基元。在發光系統中，它們具有的大空間位阻和缺電子結構的雙重功能可以有效抑制發光基元聚集引起的發光猝滅以及調節供體--受體結構中的電荷轉移，從而增強聚集態的光致發光行為。
盡管近年來碳硼烷衍生物的發光特性已經得到了廣泛研究，但碳硼烷基手性發光化合物的開發及其手性特性的探索與上述挑戰是一致的，圓偏振發光手性小分子的探索仍然長期受制于復雜的合成路線及缺乏高效的大規模制備方法。具體而言，具有CPL活性的碳硼烷衍生物的常規合成策略主要依賴于①手性炔烴-癸硼烷的加成反應或②過渡金屬催化的不對稱B-H鍵活化反應。這些方法需要劇毒前體癸硼烷或昂貴的催化體系，通常也需要借助手性HPLC拆分實現對映體分離，導致成本高昂、研究樣本單調以及制備規模不足，進而限制了對其光電特性的綜合研究。因此，開發簡潔且環保的不對稱合成方法以實現對光學純碳硼烷衍生物的可擴展和多樣化制備對于其光電性質和構效關系的研究至關重要。
為應對上述挑戰，西安交通大學化學學院張彥峰教授、焦佼副教授聯合濟南大學聶永教授開發了一種高度立體選擇性的手性碳硼烷衍生物的不對稱合成方法。該方法采用商品化的起始材料，能夠通過兩步一鍋法精確構建光學純手性毗鄰橋聯碳硼烷衍生物，實現10克以上的規模化制備，且無需手性HPLC分離。在將共軛發色團引入該結構之后，獲得了一系列性能優異的CPL活性分子。而且，將碳硼烷引入手性橋聯結構中顯著增強了發光化合物的ΦPL(最大提高30%)和glum(最大提高至9倍)，這也是首次發現碳硼烷對化合物發光行為的“雙提升”現象。應用其中一種手性發光化合物，在水相中實現了對幾種氨基酸的良好對映選擇性熒光識別。
本研究為多種手性碳硼烷衍生物的立體選擇性大規模制備提供了一種有效可行的合成路線。在光物理和手性識別中的應用突出了這種手性毗鄰橋聯結構的多重功能，為在高分子化學、藥物化學和光電子學等領域開發手性材料提供了重要支持。
該研究成果近期以《手性毗鄰橋聯碳硼烷：協同可規模合成及圓偏振發光增強》(Chirality-Contiguous Bridged Carboranes: Synergistic Scalable Synthesis and Amplification of Circularly Polarized Luminescence)為題發表在國際權威期刊《美國化學會志》(Journal of the American Chemical Society)上。西安交通大學化學學院為第一單位，新概念傳感器與分子材料研究院及國家儲能技術產教融合創新平臺(中心)為共同單位。國家儲能技術產教融合創新平臺(中心)博士研究生南龍飛為本文第一作者，賀佩(前沿院已畢業研究生)為共同第一作者。西安交通大學化學學院張彥峰教授、焦佼副教授以及濟南大學聶永教授為本文通訊作者，參與該工作的還包括西安交通大學前沿院李鵬飛教授和分析測試中心的馮超工程師，表征及測試工作得到西安交通大學分析測試共享中心，西安交通大學化學學院測試平臺和陜西師范大學化學化工學院分析測試平臺的大力支持。
該工作得到氟氮化工資源高效開發與利用國家重點實驗室、西安市可持續高分子重點實驗室、西安交通大學團隊和人才支持-青年創新團隊、陜西省自然科學基礎研究計劃和山東省自然科學基金的資助。
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