手性对映体有机化合物的光致发光与手性光学性质

《Journal of Molecular Structure》:Photoluminescence and Chiroptical Activity of Chiral Enantiomeric Organic Compounds

【字体: 时间:2025年10月02日 来源:Journal of Molecular Structure 4.7

编辑推荐:

  手性化合物构建与光学活性研究。基于酒石酸和联苯咪唑的无金属化合物体系,成功合成对映体并展现宽带紫外可见光致发光特性,其圆偏振发光对称因子达1.5×10-2,理论计算揭示了前线分子轨道与电子结构对光学活性调控机制。

  
Jie-Yu Zhu|Wen-He Zhong|Qing-Ling Cao|Cai-Hong Shi|Jia-Jia Zhao|Li-Zhuang Chen
江苏省科学技术大学环境与化学工程学院,镇江212003,中华人民共和国

摘要

由于手性结构具有独特的不对称性,它在结构相变、铁电性、圆偏振发光(CPL)和光伏领域受到了广泛关注。然而,大多数报道的手性功能化合物含有重金属离子,这与当前的环境保护和绿色发展的理念相矛盾。在这项工作中,通过使用手性苹果酸和具有共轭结构的苯并咪唑合成了一对手性对映体,这两种化合物在365纳米的紫外光下都能发出明亮的宽带白光。这两种对映体的圆偏振发光(CPL)的不对称因子(glum)测量值为1.5×10-2,与大多数金属卤化物杂化材料的不对称因子相当。总之,这项工作为探索手性光学活性奠定了基础。

引言

手性作为自然界的一种固有属性,在生物医学、物理化学、材料科学等领域有着广泛的应用[[1], [2], [3], [4], [5], [6]]。同时,手性分子在诱导材料的介电、压电和铁电等物理性质方面具有显著优势[[7], [8], [9], [10], [11]]。近年来,主要由杂化卤化物金属和无机化合物组成的非线性光学材料已经被合成并报道[[12], [13], [14], [15], [16], [17], [18], [19], [20], [21], [22]]。然而,大量的有毒金属离子对人类赖以生存的环境和人类本身构成了巨大威胁。因此,基于无金属材料的光学活性材料的制备已成为当前研究的热点。
基于手性诱导策略,许多具有优异性能的材料已经成功合成并得到报道[[23], [24], [25], [26], [27], [28]]。例如,Xiong及其团队报道了一对含有手性杂原子硫的手性有机铁电晶体Rs-tert-丁磺酰胺(Rs-tBuSA)和Ss-tert-丁磺酰胺(Ss-tBuSA),这是继100多年前发现手性罗谢尔盐之后又一对手手性铁电晶体[[29]]。此外,Zhang的研究小组对硫酸甘油三酯(TGS)中的铁电性和光学活性进行了详细研究[[30]]。基于上述研究,我们发现大多数关于手性化合物的研究都集中在手性有机阳离子上,而忽略了手性阴离子对结构的影响。
受上述研究的启发,我们使用手性苹果酸(D-(+)-苹果酸和L-(-)-苹果酸)作为阴离子,以及共轭苯并咪唑作为阳离子,合成了一对手性多功能光学化合物。这两种化合物在光致发光和非线性光学方面表现出了良好的性能。同时,我们通过理论计算(如前线分子轨道(FMO)、分子结构和电子性质)深入研究了这对对映体在光致发光、非线性光学和手性光学活性方面的异同。总之,这项工作为理解对映体之间的光学活性奠定了基础。
图1

合成过程

所有化学试剂D-(+)-苹果酸、L-(-)-苹果酸和2-甲基苯并咪唑均通过商业渠道购买,无需进一步纯化即可使用。
D-(+)-苹果酸和2-甲基苯并咪唑以1:2的比例溶解在30毫升蒸馏水中,并在搅拌条件下蒸发。最终收集到淡黄色的块状晶体,产率约为68%。两种晶体的X射线衍射图谱显示了其高

结构分析

这两种化合物的高质量晶体是通过在水和乙醇的混合溶液中自然蒸发获得的,其中阳离子与阴离子的比例为1:2。为了方便起见,我们将2-甲基苯并咪唑·D-(+)-苹果酸和苯并咪唑·L-(-)-苹果酸分别标记为R1S1。如图1a所示,R1S1晶体属于正交晶系P212121手性空间群(编号19)。阳离子苯并咪唑与阴离子苹果酸通过

结论

总之,本研究利用手性阴离子和共轭苯并咪唑阳离子合成了一对手性化合物,并对其手性光学性质(包括圆二色性、振动圆二色性和二次谐波生成)进行了深入研究。此外,这两种化合物均表现出宽带发光的光致发光特性。相关的研究还包括光致发光寿命、光致发光量子产率和色彩再现能力

作者贡献声明

Jie-Yu ZhuWen-He Zhong对本手稿的贡献相同。
Jie-Yu Zhu:方法学设计,初稿撰写。Wen-He ZhongQing-Ling CaoCai-Hong ShiJia-Jia ZhaoLi-Zhuang Chen
支持信息
X射线衍射图谱、不对称单元结构图、阳离子结构图、时间分辨光致发光衰减曲线、光学图像

CRediT作者贡献声明

Jie-Yu Zhu:初稿撰写,方法学设计。Wen-He Zhong:实验研究,数据整理。Qing-Ling Cao:实验研究,数据整理。Cai-Hong Shi:数据整理。Jia-Jia Zhao:撰写、审稿与编辑,监督。Li-Zhuang Chen:撰写、审稿与编辑,资金筹集。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金(编号U24A20504)的资助。
相关新闻
生物通微信公众号
微信
新浪微博
  • 搜索
  • 国际
  • 国内
  • 人物
  • 产业
  • 热点
  • 科普
  • 急聘职位
  • 高薪职位

知名企业招聘

热点排行

    今日动态 | 人才市场 | 新技术专栏 | 中国科学人 | 云展台 | BioHot | 云讲堂直播 | 会展中心 | 特价专栏 | 技术快讯 | 免费试用

    版权所有 生物通

    Copyright© eBiotrade.com, All Rights Reserved

    联系信箱:

    粤ICP备09063491号