基于位阻型烯桥的光致变色染料的设计及其产品工程科学基础

Photochromic dyes have attracted much attention because their chemical and physical properties are well-controlled by photo-irradiation, along with specific explorations in molecular switches, logic gates, and information storage. The project is based on the unique ethene bridge of benzobis(thiadiazole) from the applicant’s group as “building block” for developing novel sterically hindered photochromic diarylethenes. Focused on the modification and functionalization of the specific ethene bridges, we will incorporate the low six-membered aromaticity system for building high performance bistable photochromic systems: i) developing broad absorption light-limiting dyes based on the intramolecular multi-level transition; ii) exploring the separation of parallel- and anti-parallel conformers based on the sterically hindered diarylethenes, especially in making a breakthrough to fully separate all the thermally stable enantiomers, along with realizing enantiospecific photoresponse for all-photonic chiroptical switches and photomemories; iii) introducing the specific ligands for realizing dynamic self-assembly and modulation in chemical reaction; iv) constructing photochromic nonlinear materials with photo-modulation for multi-addressable states. With the molecular engineering and simulation, the project will not only put forward the development in the sterically hindered photochromic diarylethene systems, but also greatly contribute to the progress in “Chemical Product Engineering Discipline”with intellectual rights.

光致变色染料作为一类功能性染料，其与当前的光、电、热、化学、生化等高新技术领域密切相关。本项目以申请人课题组所发展的特征“结构砌块”——位阻型二苯并噻二唑作为光致变色染料二芳基乙烯的烯桥，基于位阻型烯桥概念，从分子设计、源头创新研究光致变色体系。以设计并合成高性能的二芳基乙烯光致变色染料体系为目标：发展基于分子内多级跃迁吸收带的宽光谱吸收的光限域染料；寻求具有位阻效应的二芳基乙烯体系的特有构象异构体分离，突破手性异构体的动态拆分，以实现光诱导手性对映专一性，探索建立“全光子”调制的手性开关及非破坏性光存储；引入特定的配位单元，实现双稳态、开闭环量子效率、动态的自组装的调控；构筑光致变色非线性材料，进行光响应可逆调控，并实现多重态表达。该项目实施将建立位阻型烯桥的光致变色染料体系，为发展“化学产品工程”知识体系及其产品工程科学基础作出贡献，形成自主知识产权。

光致变色染料作为一类功能性染料，其与当前的光、电、热、化学、生化等高新技术领域密切相关。本项目从分子设计、源头创新研究光致变色体系，以申请人课题组所发展的特征“结构砌块”——位阻型二苯并噻二唑作为二芳基乙烯的烯桥，构建独特的“位阻性型烯桥”双稳态光致变色明星染料体系，创新地实现了平行与反平行构象、手性异构体的分离，突破手性异构体的动态拆分，以实现光诱导手性对映专一性，重点探索了：1) 光控内源性手性专一性响应，及其光控自组装的手性放大效应、自分类、协同行为；2) 发展光控响应分子笼，拓展光控分子基拓扑功能新材料; 3) 光控聚集态荧光行为、开关态调控及其荧光超分辨成像应用；4) 光控内源性手性与液晶螺距调控，寻求多重态、可逆、渐变、多角度新型的防伪技术及多维激光调制。本项目为发展“光敏化学产品工程”知识体系及其产品工程科学基础作出贡献，以形成自主知识产权。在Nature、Nature Photonics、Nature Comm. (2篇)、Chem、JACS (2篇)、Angew. Chem. Int. Ed. (6篇)、Chem. Sci. (6篇)、Science China Chemistry (9篇)、 Ind. Eng. Chem. Res.、Dyes and Pigments等发表65篇SCI 论文。该项目通过实施，申请中国发明专利2项、国际PCT专利1项、授权发明中国发明专利3项，积极参加国内外学术交流会议，其中以会议执行主席于2021年组织中国化学会第一届聚集发光暨第二届华人聚集诱导发光学术研讨会，先后作大会报告18次，作分会Keynote或邀请报告32次。曾获得国家自然科学奖二等奖（排名第一，2019年）、上海市科技进步奖一等奖（排名第一，2020年）、上海市自然科学奖一等奖（排名第一，2017年）。该项目共指导18名博士研究生和4名硕士生，5名博士后。