丛欢课题组《德国应用化学》：合成刺激响应荧光大环研究中取得进展

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功能大环分子在超分子化学领域一直扮演着十分重要的角色，设计并合成新型刺激响应的大环化合物有望在智能材料等领域展现出广阔的应用前景。近日，中国科学院理化技术研究所超分子光化学研究中心研究员丛欢团队报道了一种新型的荧光双大环化合物——领结芳烃(BowtieArene)。
　　研究人员首先通过偶联反应实现了四苯乙烯单元与芳基溴化物侧链单元的连接，偶联产物与多聚甲醛在Lewis酸催化作用下发生缩合反应即可快速合成领结芳烃分子。分子的X射线单晶结构显示其几何形状酷似领结，具有对称的双重柱状的大环空腔，以及和柱[5]芳烃几乎相同的形状和尺寸。

　　领结芳烃在晶态及不同比例四氢呋喃/水混合溶剂中具有显著不同荧光性质，实验和理论计算的研究结果揭示该分子的荧光性质与分子堆积状态密切相关。结合分子的荧光变色性质和大环分子的蒸汽吸附性质，领结芳烃进一步展现出了力致变色和蒸汽致变色的能力：经过机械研磨后得到的无序粉末可进一步通过二甲苯蒸气熏蒸诱导大环分子重新进行有序堆积，从而实现分子无序-有序的堆积状态以及相应荧光性质的切换。
　　鉴于荧光大环化合物在分子传感、细胞成像及数据安全等领域的重要潜在应用，领结芳烃的发展有望为这些领域提供新的创新机遇。相关工作发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上，并被选为VIP文章。该工作的第一作者是理化所的博士研究生雷胜男，理化所研究员曾毅和副研究员肖红艳分别在光物理测试和理论发光计算方面予以了大力协助。研究工作得到基金委、中科院、国家重点研发计划和理化所所长基金的资助。
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      丛欢，男，中国科学院理化技术研究所研究员，1984年3月生。2002年9月至 2006年7月：北京大学化学与分子工程学院，获理学学士学位，导师：席振峰教授；2006年9月至 2011年11月：美国波士顿大学(Boston University)化学系，获博士学位，导师：John Porco教授；2011年11月至 2012年4月：美国麻省理工学院(MIT)化学系，博士后，导师：Gregory Fu教授；2012年5月至 2015年3月：美国加州理工学院(Caltech)化学与化工学院，博士后，导师：Gregory Fu教授；2015年担任中国科学院理化技术研究所研究员，博士生导师。


       大环高分子（macrocyclic polymer）是指主链上含有大的芳杂环结构的高分子。由于芳杂环不能内旋转，所以分子链柔性差，是典型的刚性高分子，可作为耐高温的工程塑料和特种纤维等。例如聚苯并噻唑。按环的大小给环烷烃分类时，将十二元环以上的环，称作大环。大环化合物的稳定性不如普通环(五至七元环)的化合物稳定，化学性质也不相同。在超分子化学领域，大环是环形的有机化合物，常见的官能团包括醚和胺，例如：冠醚，环糊精，杯芳烃，杯吡咯，杯咔唑，葫芦脲，柱芳烃等。