新型变色酞菁类大环平面化合物自组装体系的构建与研究

This research is to develope a new type of big ring compounds with side groups of light-induced isomerization as planar self-assemble units, for instance, macrocyclic phthalocyanine(phthalocyanine)-diarylethene (photochromic phthalocyanine) system. In different conditions, the status of supramolecular self-assembly can change reversibly, that means to realize the photochromism of supramolecules. We proposed the detection and characterization of such self-assembly system, and develop the controllable self-assembly techniques and theory of aggregation based on the effect of planar surface role. We also devote ourselves to the study of thermal-control self-assembly, chiral self-assembly, and self-assembly in films, surface, gels and crystals. We want to apply the plane controllable self-assembled system to the third-order non-linear full-wavelength switches or other organic optoelectronic devices by means of comprehensive utilization of light and heat controled self-assembly process.

本项目制备合成一类新型的带有光致异构化侧基的酞（萘）菁类大环平面化合物分子,作为新的平面自组装基元，并实现新的功能化性质。二芳烯类光致异构化侧基的引入，使酞（萘）菁类分子在不同条件下，进行光控可逆的超分子自组装，也即实现超分子的光致变色。在此基础上提出此类光控自组装的检测和表征方法，发展大环平面分子共面化光可控自组装技术和理论。并通过研究其热控自组装、手性自组装以及薄膜、表面、凝胶和晶体中的自组装，完备多维可控自组装技术和机理，尝试平面超分子可控自组装的三阶非线性全光开关等有机光电功能应用。

酞菁分子是一类重要的光敏剂，光、电性能都非常优异，有着广泛的用途。酞菁是一个具有18个π电子的大环平面化合物，其结构的平面性及离域π键都导致分子具有极强的自组装倾向，而对于自组装性质的可控研究，既有利于我们进一步探讨分子自组装的机理，同时也可以更为深入的研究酞菁的性质，可谓一举两得。.本课题基于此，从酞菁的主体结构出发，设计一系列带有光致变色侧基的酞菁分子，通过控制其光致变色单元的构象，来操控酞菁的性质以及自组装功能，进一步探究分子自组装机理和酞菁材料的性能。.在基金(21273127)的资助下，本课题设计了两类变色酞菁体系：偶氮苯-酞菁和二芳烯-酞菁。两类酞菁都具有良好的变色性质，并进一步研究了体系分子的性质与自组装之间的关系；设计合成偶氮苯-酞菁和二芳烯-酞菁，具有独特的光控可逆自组装性质，既利用光致变色基团的异构化性质来改变酞菁分子的分子形态，进而得到完全由光照来控制自组装行为的新型酞菁分子，在此基础上提出两个酞菁自组装的理论，为未来酞菁分子的自组装研究工作奠定了基础；基于二芳烯-酞菁分子构建了一类三阶非线性光学的全光克尔开关，其三阶非线性极化率比一般的三阶非线性光学开关材料大了三个数量级；利用偶氮苯-酞菁具有光致变色的性质，光控酞菁自组装，并结合微孔结构呼吸法的形成机理，设计发现了有序、均匀的孔状酞菁薄膜，由于薄膜具有很大的比表面积，可以充分与细菌接触，因此有着很好的杀菌抗癌效果，达到了令人满意的结果；除此之外课题组对芳烯光致变色单元也进行了深入的研究，创造性的将二芳烯分子与聚合物分子结合起来，形成交联化的二芳烯，构建了一系列具有变色功能的高分子化合物；研究了二芳烯聚合物分子的成膜性和体全息存储性质，其中 F-SP2# 膜体全息存储测试的衍射效率为 0.26%，可在 1 s 内达到，比现有报道的二芳烯类材料响应时间缩短 1～2 个数量级。.综上所述，在本基金的支持下，课题组构建了两类新型变色酞菁类大环平面化合物体系及一类二芳烯聚合物体系，并深入探讨了酞菁的变色性能和结构之间的关系，并且提出了两个酞菁变色理论，同时深入探讨了变色酞菁的实用性质，应用在光敏抗癌、三阶非线性光开关和全系存储等多个领域，取得令人满意的效果。为未来进一步研究酞菁性质及其应用奠定了丰富基础。