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我校杨成教授团队构建具有过热保护功能的智能分子光开关,在分子水平上实现了高温门控效应

时间:2021-06-01  来源:化学学院   作者: 

近日,我校化学学院杨成教授团队在Nature子刊Nature Communications上发表题为“Overtemperature-protection intelligent molecular chiroptical photoswitches”的研究论文。成功构建了具有过热保护功能的智能分子光开关,在分子水平上实现了高温门控效应。我校姚家斌博士为该论文第一作者,杨成教授、伍晚花副教授为通讯作者。

分子机器可以视为是最小化的人工装置,其大小在纳米到亚纳米的尺度上,并可通过外部刺激实现其相应的机械运动。借助精巧的设计和高超的有机合成技术,已有多种不同结构的分子机器被化学家合成获得。这些分子机器可通过溶剂,光照,pH,氧化还原和化学反应等外部刺激来驱动,以实现特定的功能。温度是一个普遍的环境因素,通常,降低温度会抑制或减少分子的物理化学转化途径,而提高温度通常会提高分子反应活性和增加转化的途径。因此,实现具有过热(超温)保护功能的分子器件极具挑战性,而过热保护对于精密器件的稳定运行以及供电电源的安全至关重要。

 

图1.MUJs的化学结构和trans-MUJs的in-out构象切换

杨成教授团队一直致力于具有智能响应性能的人工分子机器的合成,近年来开发了压力驱动的分子机器(Chem. Sci.2021, 4361),酸驱动的分子开关(Chem. Sci.2021, 2614)以及氧化还原(Angew. Chem. Int. Ed.2020, 8094)和温度驱动的分子机器(Angew. Chem. Int. Ed.2017, 6869)。最近他们将温度响应功能和光响应功能集成到一个基于柱[6]芳烃的[1]型假索烃中,合成了一类新型光刺激响应的分子万向节(MUJs,图1a)。这类分子万向节可同时通过光照和温度来控制其平面手性(图2)。在低温时,可通过紫外光促使原本处于柱芳烃空腔内部的偶氮苯侧环翻出到柱[6]芳烃空腔外面,从而实现手性的逆转。而在高温时,由于trans-构型的偶氮苯侧环原本处于柱[6]芳烃空腔外部,trans-MUJ1经紫外光光照后得到的cis-MUJ1仍然处于柱芳烃空腔外部,无手性的逆转。因此当温度超过一定上限时,光诱导的手性开关功能关闭,从而实现了过热保护功能。该研究为构建具有复杂功能的智能分子机器/器件提供了全新的思路。

图2.MUJ1超温保护智能分子光开关手性逆转示意图

 

原文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-021-22880-z

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