Structural Fine‐Tuning to Achieve Highly Fluorescent Organic and Water‐Soluble Thiazolo[5,4‐d]thiazole Chromophores - Thorat - Angewandte Chemie International Edition - Wiley Online Library

总结

本研究通过微调化学结构，合成了一系列具有高荧光效率的有机和水溶性的噻唑并噻唑类色素，并通过理论计算和实验研究探讨了它们的光物理性质。

摘要

在本文中，研究者们通过精细调控不对称性的电子供体-噻唑并噻唑类-电子受体系统，开发了一类具有高溶解度和强荧光特性的有机分子材料。这些材料在极性有机溶剂和水中展现出高的溶液态荧光量子产率（>80%），并且在固态下也保持了较高的荧光效率。研究者们利用量子化学计算发现，噻唑并噻唑类桥的电子性质不是固定的，它可以作为电子供体或受体参与内分子电荷转移（ICT）。通过分析不同片段之间的基尔霍夫电荷变化，研究者们提出了一个新的ICT量化方法，该方法能更准确地描述ICT的程度，并解释了实验中观察到的光物理性质。此外，研究还涉及到了荧光材料在生物学应用中的潜力，以及如何通过分子设计来优化其光学性能。

观点

• 噻唑并噻唑类分子的光物理性质受到其电子供体和受体的精细调控的影响，这种调控可以通过改变分子结构来实现，从而获得高荧光效率的材料。

• 噻唑并噻唑类桥在ICT过程中的作用是可变的，它可以根据电子供体或受体的性质发挥不同的角色。

Solvent	λabs[a] (nm) [ϵ] (Lmol−1 cm−1)	λem (nm)	Stokes Shift (nm)	τ[b] (ns)	Φf[c] (%)	_k_r (108 s−1)	_k__n_r (108 s−1)
DMSO	406 [20506]	662	256	0.49	8	1.7	18.0
ACN	396 [18497]	646	250	0.55	8	1.4	16.0
Acetone	396 [28538]	624	228	2.14	28	1.3	3.3
DCE	405 [29333]	617	212	1.48	38	2.5	4.1
CHCl3	406 [29119]	609	203	2.09	44	2.1	2.6
EtOAc	397 [30994]	545	148	2.20	71	3.2	1.3
THF	400 [31063]	550	150	2.61	72	2.7	1.0
Toluene	404 [29097]	505	101	0.82	28	1.7	4.4
Dioxane	400 [31018]	523	123	1.63	47	5.6	6.3

• 传统的以全分子为单位的吸收光谱和荧光光谱分析方法在某些情况下无法准确描述ICT的程度，而通过分析分子不同片段之间的电荷变化可以提供更深入的洞察。

• 研究表明，通过合理设计分子结构，可以在极性和非极性溶剂中，甚至在固态中实现高荧光效率。

• 这些新型噻唑并噻唑类荧光材料在生物学应用中具有巨大的潜力，尤其是在需要高荧光效率和水溶性的场合。

Solvent	λabs[a] (nm) [ϵ] (Lmol−1 cm−1)	λem (nm)	Stokes Shift (nm)	τ (ns)	Φf[d] (%)	_k_r (108 s−1)	_k__n_r (108 s−1)
MeOH	431 [30650]	583	152	3.00[b]	85	2.8	0.5
ACN	428 [29699]	585	157	3.08[b]	90	2.9	0.3
Acetone	428 [30460]	585	156	3.04[b]	77	2.5	0.7
DCE	463 [30990]	581	118	2.81[b]	92	3.2	0.3
CHCl3	447 [31110]	536	89	2.15[c] (62 %)	69	3.2[e]	1.4[e]
EtOAc	419 [27833]	542	127	2.27[c] (89 %)	69	3.0[e]	1.3[e]
THF	424 [22670]	553	129	2.44[c] (88 %)	58	2.3[e]	1.7[e]

• 理论计算和实验研究相结合是深入理解噻唑并噻唑类荧光材料的关键，有助于指导未来的材料设计和应用。