【Angew.Chem.】光驱动与热触发实现单分子水平可逆圆偏振发光反转的新突破

文章标题： Light‐ and Heat‐Induced Reversal of Circularly Polarized Luminescence in a Single Molecule
通讯作者： Prof. Marc Sallé
文章链接： https://doi.org/10.1002/anie.202522699

文章概要

引言

在功能性分子材料的研究中，如何在分子尺度上实现手性光学性质的可控调节一直是重要挑战。圆偏振发光（CPL）因其在生物成像、手性识别、分子标记以及有机发光二极管等领域的潜在应用而备受关注。然而，传统体系的CPL信号往往固定在单一手性构型，难以实现可逆调控，更无法在单分子水平上实现发光手性的反转。本文提出了一种新策略：通过将光驱动分子马达与两个高荧光量子产率的PDI（苝二酰亚胺）发光单元共价连接，构建出能够在光照与加热条件下实现CPL信号可逆切换与反转的单分子系统。这一设计突破了依赖外部环境变化的限制，直接利用分子内在的动态结构实现了光响应的手性发光调控。

主要实验及结论

研究团队设计并合成了MotorPDI分子体系，其中两个PDI单元通过三唑连接基团与光驱动分子马达结合。理论计算表明，cis构型下PDI与马达之间距离更近，利于手性诱导与高效CPL信号产生。合成过程中，研究者通过铜催化的炔–叠氮环加成反应实现了高纯度的目标化合物。

在光谱实验中，紫外–可见吸收与核磁共振结果证实了分子马达在光照下发生顺–反异构化，并伴随PDI单元的堆叠效应。圆二色谱（CD）实验进一步揭示了cis构型下显著的手性诱导效应，而加热则可触发马达的热螺旋反转，实现不同构型之间的可逆切换。

在发光性质方面，所有构型均表现出稳定的荧光，但cis构型的量子产率略低于trans构型。最为关键的是，CPL测试显示MotorPDI在光照与加热条件下能够实现信号的正负反转：MotorPDI-(M,M)-cis表现为负CPL信号，而光照后生成的MotorPDI-(P,P)-cis则呈现正CPL信号；进一步加热又可恢复至初始状态。这一过程不仅可逆，而且在多次循环后仍保持良好的稳定性，证明了体系的光化学与热化学耐久性。

总结及展望

本文首次在单分子水平上实现了光与热双刺激下的CPL信号可逆反转，展示了分子马达与发光单元结合所带来的独特优势。该策略避免了依赖超分子组装或外部环境变化的局限，直接通过分子内部的动态结构实现精确调控，为未来开发智能化手性光电材料提供了新思路。展望未来，研究者计划通过引入溶解性侧链以改善低温条件下的可操作性，探索更高效的分子马达体系，并尝试结合其他发光单元以提升CPL信号的强度与多样性。这一工作不仅在概念上具有突破性意义，也为分子级别的传感、成像与信息存储应用开辟了新的可能性。