含偶氮苯主-客体复合物的光致异构化反应对结合能与几何构象的影响

在分子尺度上构建光驱动的人工分子机器是超分子化学研究的一个热点。偶氮苯是一类具有双稳态的光致开关分子,能够完成高效、可逆的反式(E)$\to $顺式(Z)的光致异构化过程,因而可以作为人工分子机器的功能单元。本文采用密度泛函理论(DFT)和反应分子动力学(RMD)模拟,研究了含偶氮苯封端基团的互锁型超分子体系中冠醚主体与二烷基铵客体间结合强度,模拟了偶氮苯Z$\to $E异构化反应的动态过程,讨论了异构化反应对主客体分子构象的影响。在偶氮苯封端基团通过发生Z$\to $E异构化实现体系单向可控运动时,较强的主-客体间结合能力是保证互锁型超分子体系稳定的必要前提。顺式客体与主体大环氢键相互作用比反式客体更强,因此顺式复合异构体具有比反式异构体更大的结合强度。偶氮苯基团发生E$\to $Z光致异构化引入位阻效应,使得顺式复合物只能从环戊基准封端处进行脱环。主客体复合过程对偶氮苯基团的几何结构没有明显影响。偶氮苯光致异构化发生的速度快于客体脱环的速度是实现单向运动的动力学上的必要条件。在异构化反应后的500 ps内,大环会经历一个明显的结构驰豫过程。冠醚大环主体的柔性构象有助于实现在偶氮苯光致异构化发生过程中主客体间持续稳定的结合。各种超分子体系中,尽管客体组成各不相同,但是包含相似的主客体识别位点的超分子体系具有相似的结合能,显示了机械互锁型复合体系中各种功能性构建单元间主客体相互作用具有正交性。引入双稳态的偶氮苯功能基团对客体其他部分的几何结构影响很小。理论计算结果有助于理性设计更复杂的刺激响应性人工分子机器。     

基于偶氮功能基的光控超分子组装

偶氮类化合物是一类具有合成简单,异构化速率和转化效率高,耐光漂白的反式-顺式(E/Z)光异构化化合物。由于其光异构特性及其可以与大环主体形成稳定包合物,偶氮类化合物在许多领域展现出巨大的应用潜力。在本篇综述中,我们介绍了近年来偶氮功能基修饰的单环糊精、偶氮苯桥联双环糊精、冠醚衍生物以及偶氮类芳香大环化合物等作为主体,或偶氮苯及其衍生物为客体通过主客体相互作用构筑的光刺激响应的超分子组装体系在拓扑形貌调控、药物传递、智能材料等方面的设计原理、组装机理、应用和发展趋势。同时,我们也讨论了此类超分子组装体发展所面临的机遇和挑战,并希望可以进一步促进智能超分子组装体系的发展。     

4,4'-二甲氧基三苯胺取代偶氮苯开关分子的设计合成、电化学及光化学性质研究

通过Pd催化的Sonogashira偶联合成了三个以4,4'-二甲氧基三苯胺基团为氧化还原中心的偶氮苯化合物4～6,电化学和光谱电化学的研究表明,该类化合物具有优秀的氧化还原可逆性.光致异构的实验表明,三苯胺基团在偶氮苯上的取代位置对该类化合物的光化学性质有显著的影响.化合物4不仅可以通过光照实现顺式到反式的异构化,也可仅通过改变三苯胺基团的价态高效地实现.     

椅式(8,8)单壁碳纳米管内偶氮苯的顺反异构化

采用ONIOM(B3LYP/6-31+G*:UFF)方法对偶氮苯受限于椅式单壁碳纳米管CNT(8,8)内的结构、电子光谱和热致顺反异构化势能面进行了计算.结果表明,反式偶氮苯进入CNT(8,8)碳纳米管内是一个放热过程.由于碳纳米管的限制作用,偶氮苯分子的苯环绕CN键有一定的旋转,反式偶氮苯的平面结构发生扭曲,但其它结构参数变化不明显.受限于碳纳米管内的偶氮苯的顺反异构体能量差比非受限状态下增加了8.1 kJ.mol-1,表明碳纳米管的限制作用对偶氮苯顺反异构体的相对热稳定性有一定影响.光谱计算表明,受限于碳纳米管内的偶氮苯最低的三个单线态吸收波长仅蓝移1-5 nm.异构化势能面计算发现,偶氮苯在CNT(8,8)碳纳米管内发生反式到顺式异构化的能垒增加,由顺式回复到反式异构体的能垒无明显变化,表明CNT(8,8)碳纳米管的限制作用可以抑制偶氮苯从反式到顺式异构体的热致异构化过程.此外,受限状态下的偶氮苯主要通过CNN键角反转发生热致异构化.     

可见光驱动的偶氮苯分子开关的理论设计与计算模拟

可见光驱动的偶氮苯等光致异构材料在生物探针和传感体系、光敏电池以及储能材料等领域有重要的应用前景.采用密度泛函理论(DFT)以及反应性分子动力学方法,研究了卤素原子(F,Cl,Br,I)四邻位取代的4,4′-乙酰胺偶氮苯衍生物分子的几何结构与光学性能之间的关系.DFT计算表明,卤素原子F,Cl,Br,I的邻位四取代不同程度地使其反式异构体的偶氮苯分子平面发生扭曲,导致在可见光范围内均出现了明显的吸收峰.另外,应用反应性分子动力学模拟了卤素(F,Cl,Br,I)-4,4′-乙酰胺偶氮苯分子的顺反可逆异构过程,其反式到顺式的构型转换率在46%~86%之间,与实验现象定性相符.     

冠醚化合物的合成(ⅩⅩ)——桥链冠醚的合成

用不对称二苯并14-冠-4-双羟基冠醚的顺式异构体(Ⅰ、Ⅲ)和反式异构体(Ⅱ)分别与丙二酰氯、丁二酰氧和己二酰氯反应,合成了14种桥链冠醚,用IR、¹H NMR、MS和元素分析确证了它们的结构。结果表明,顺式异构体与丁二酰氧和己二酰氧反应可生成1:1和2:2缩合物,而与丙二酰氯反应则只生成2:2缩合物;反式异构体与3种脂肪二酰氯反应都生成2:2缩合物。     

基于主客体识别作用的光控智能超分子体系的研究进展

利用主客体识别作用赋予材料智能化是目前智能材料研究的一个新方向.通过光可以使客体分子发生可逆的结构改变,如偶氮苯可逆的光致顺反异构,结合环糊精主体分子和客体分子之间可逆形成包结物的能力,可以利用光来设计光控的智能超分子体系.基于上述环糊精和客体分子之间的光控制的主客体识别作用,本文从有机小分子、聚合物和表面三个方面综述了近年来基于主客体识别作用的光控智能超分子体系的研究工作,并对该领域的研究前景进行了展望.     

通过增强电荷转移激发态构建激发态下稳定的基于氰基二苯乙烯的E/Z构型（英文）

在前期工作中,我们报道了一个三苯胺基团键接氰基二苯基乙烯单元的分子TPNCF,并认为从局域激发态到电荷转移(CT)激发态的快速内转换,能够有效抑制E/Z异构化反应。为了进一步证明CT态能够诱导E/Z构型的稳定,本文中我们将三苯胺基团替代为给电子能力更强的吩噁嗪基团,设计合成了分子PZNCF,并且成功获得其E/Z异构体。通过对原位核磁及紫外光谱数据的分析,我们发现相比于TPNCF,PZNCF在光辐照下的E/Z异构化反应明显变慢。这说明对于氰基二苯基乙烯单元,一个更强给电子能力基团吩噁嗪的引入能够使其在激发态下具有更稳定的E/Z构型。密度泛函理论计算及光物理测试结果表明PZNCF分子具有较强的电荷转移激发态,这也更加证实了我们先前的结论:通过合理构建给受体结构,能够获得激发态下构型稳定的E/Z异构体。     

靛蓝衍生物的光异构化

合成了六个N,N′-双酰基取代的靛蓝衍生物,研究了这类染料的光致变色的宏观动力学。用不同的波长,可以使反式异构体转化为顺式异构体,或使顺式异构体转化为反式异构体。讨论了异构化反应的机理。     

可见光敏化的肉桂酰胺构型异构化反应

肉桂酰胺是一类具有苯乙烯结构的化合物,立体构型(Z/E构型)对其物理性质、化学性质及生物活性均有着较大的影响.天然提取和合成的肉桂酰胺一般为反式异构体,而顺式异构体的合成较为困难.本文主要研究了在可见光促进下,肉桂酰胺的构型异构化反应.通过对反应条件的优化,建立了一种简单、高效的肉桂酰胺的顺反构型异构化方法.该方法仅需要万分之一的有机光敏剂4CzIPN,即可顺利实现未保护的(E)式肉桂酰胺转化为(Z)式构型, Z/E比例最高可以达到95:5,具有条件温和、催化剂用量少、官能团耐受等优点.     

金表面偶氮苯自组装膜的光电化学响应

金表面偶氮苯自组装膜的光电化学响应王永强，王健，于化忠，蔡生民，刘忠范（北京大学化学与分子工程学院智能材料研究中心，北京，１００８７１）关键词偶氮苯，自组装膜，光致异构化，电化学偶氮苯基团特征的光致异构化及电化学响应在分子开关器件和超高密度信息存储等...     

基于偶氮苯的光开关分子探针与传感芯片研究进展

随着人们对偶氮苯光致异构化反应机制和特性的研究和认识越来越深入透彻,偶氮苯衍生物无论是在理论上还是在实验方面都受到了大量的关注。近年来,偶氮苯衍生物作为光开关响应的功能元件不仅已经用于合成智能聚合物,液晶材料,分子开关和分子机器等,而且正迅速地渗透到化学生物学体系研究和分析的各个方面。因此,本文将着重就基于偶氮苯衍生物功能化的光开关型分子探针与传感芯片及其在化学生物学分析研究方面所取得的最新进展进行总结和综述。引用103篇文献,并对未来的发展前景进行了展望。     

顺,反式偶氮苯的热化学和光化学转化

顺、反式偶氮苯的热化学和光化学转化孔令仁（南京大学环境科学与工程系，２ｌ００３）孔京（南京大学化学化工学院，２ｌ００３）偶氮苯的光致和热致异构化已有很多研究［１，２］，在我国尚未列入实验教学。我们建立了“顺、反式偶氮苯的热化学和光化学转化”实验［３］...     

冠醚化合物的合成(ⅩⅠⅩ)——双羟基冠醚衍生物的合成

本文用3,5-二叔丁基二苯并-14-冠-4双羟基冠醚的顺式和反式异构体分别与溴乙酸、3-溴丙酸及氯代乙酰氯反应,制备了4个双羧酸冠醚及2个双氯代乙酸酯冠醚衍生物。此外,通过1,1′-(邻苯)-双-(2,3-环氧丙基)醚与2,2′-联苯二酚反应,合成了联苯型苯并14-冠-4双羟基冠醚,分离了顺、反异构体,并使之与溴乙酸反应,制备了相应的双羧酸冠醚衍生物。10个新化合物的结构均经IR、¹H NMR、MS和元素分析确定。     

领结芳烃: 刺激响应性荧光双环分子

伴随着超分子化学的诞生与发展,大环分子一直是超分子体系的重要构筑基元[1].几十年来,以冠醚、环糊精、杯芳烃、葫芦脲、柱芳烃等为代表大环分子因其优异的客体识别性质而被广泛用于功能超分子体系的设计与构建[2].然而上述大环主体分子的基本分子骨架并不具备荧光基团,因此通常需要依赖客体分子的荧光性质或者通过多步反应对大环结构作进一步化学修饰才能实现荧光主客体体系的构筑[3].鉴于荧光性质在检测、传感、成像等领域的重要用途,发展具有丰富光物理性质的新型大环骨架是一个亟需突破的重要的研究方向.     

含不同基团偶氮苯化合物的合成及其光致异构化性质

以苯胺或对硝基苯胺为起始原料,通过重氮偶合法合成了4种分别含有硝基、氨基和不同数目偶氮基的偶氮苯化合物(1~4),其结构经¹H NMR和FT-IR确证。研究了1~4在紫外灯(12 W)照射下随时间变化的UV-Vis谱图。结果表明：含有给电子基团(NH₂)偶氮苯的光致异构化速率较含有吸电子基团（NO₂）时更快,NO₂对分子的异构化有一定抑制作用;分子中偶氮基的数目增加时,顺反异构化过程也受到影响。     

新型偶氮苯自组装一LB组合有序膜的构造与表征

偶氮兹及其衍生物具有独特的光致异构化和电化学反应机制,其LB单分子膜作为一种高度有序的分子组装体系,以其诱人的应用前景引起了人们的极大兴趣．然而在这方面的研究中,LB膜通常是沉积在SnO。或镀金的基片上,其结构的相对木稳定性限制了实际应用的可能性．我们利用自组装技术,在金基底表面组装了具有特定末端基团的自组装单分子膜,然后利用LB技术构造偶氮苯衍生物的单分子膜,以期得到稳定而有序的偶氮苯LB膜,且不影响其光化学和电化学活性．本文报道了这种新型偶氮苯自组装一LB组合股的结构表征及其电化学行为．亚实验部分偶…     

光敏季铵盐Gemini表面活性剂a4-6-m在气/液界面的吸附

合成了3种不对称结构的季铵盐Gemini表面活性剂a4-6-m, 分子的一根疏水链是偶氮苯为端基的4个亚甲基链, 另一根是不同长度的脂肪链(m=12, 14, 16). 研究结果表明, 反式偶氮苯封端的a4-6-m在气/液界面上以直立方式排列, 偶氮苯端基间的π-π相互作用导致吸附分子较为紧密地排列, 但吸附层外表面含有偶氮苯成分使临界胶束浓度(cmc)时的表面张力(γcmc)较大. 紫外光激发使反式结构偶氮苯变为顺式结构, 这些极性较强的顺式偶氮苯夹杂在直立的烷烃链间, 增强的偶极-偶极相互作用促进了分子紧密排列, 使分子占据面积(Amin)略微减小. 增长脂肪链长度有助于降低临界胶团浓度和C20(使水的表面张力降低20 mN·m-1时所需的表面活性剂浓度), 但对γcmc影响不大.     

卟啉修饰冠醚环的合成、性能及其自组装应用

采用金属离子为模板合成了-类由无金属或金属卟啉修饰的冠醚大分子环,并通过1HNMR、MS、紫外、荧光等方法对其进行了结构表征和性能测试.采用具有4,4,-联吡啶的客体分子与冠醚环进行组装,以荧光滴定法测定了主客体分子问的结合常数.结果表明,这种冠醚环不仅具有卟啉优异的光电性质而且能与客体分子形成了1:1的类轮烷体系.     

高效液相色谱法研究白藜芦醇光致异构化动力学与平衡常数

反式白藜芦醇有多种生理活性,自然资源丰富,但存在光不稳定现象。以光致异构平衡对照品溶液,采用高效液相色谱建立了同时测定顺、反异构体浓度的方法。方法学考察显示符合含量测定要求,反式异构体在1.5~60 μ mol/L、顺式异构体在1.5~55 μ mol/L范围内线性关系良好,R²均达0.999。将该方法应用于研究光致异构化动力学及平衡常数,结果显示反式白藜芦醇在室温避光条件下中性、偏酸性及乙醇介质中稳定;25 ℃时在50%（v/v）乙醇介质中的光异构平衡常数为11.7±0.3。以光致异构平衡液制作标准曲线的策略简单方便,具有可操作性;反式白藜芦醇的稳定性与介质有关,在pH < 7的溶液中光致异构化为一级反应。