基于新颖的平面铂(II)可视化磷光分子合页的构筑与性能研究

Numerous functional materials have been constructed and have been shown great applications in the fields of chemistry, material, and biology, due to the various changes of their physical properties during the motion process of the artificial molecular machines. With their rapid exploration and applications, it is of great importance to develop more sensitive and intuitionistic methods to conveniently detect their motional state and configuration. Therefore, in this project, the building blocks of square-planar cyclometalated platinum(II) complexes and inflexible aromatic and alkynyl groups are used as the wings and axle, respectively, to construct visual artificial molecular hinges with phosphorescence behavior. Subsequently, the driving forces as well as the relationship between the structures and driving forces will be studied. Importantly, the phosphorescence changes will be carefully investigated causing by the alteration of the distance between the wings during the motion process of the molecular hinges. To achieve the purpose of the construction of visual phosphorescent molecular hinges, which will provide important insights for the future development of artificial molecular machine, the intrinsic relationships between the wavelength changes and the motion states as well as the structure-performance relationships will be investigated and revealed. Finally, based on the emission color-changeable molecular hinges, it will be expected to fabricate chemical sensors and multicolor optical materials from visble to NIR.

在分子机器的运动过程中伴随着物理性质的变化，据此可以构筑丰富的功能材料，广泛应用于化学、材料或生物领域。随着众多分子机器的开发与应用，迫切需要发展更加灵敏、直观的检测方法以更加方便去识别分子机器的运动状态和构型。因此，本项目拟以具有平面构型的金属铂(II)配合物作为分子两翼，刚性的苯环和炔键为分子轴，构筑可视化磷光分子合页。继而探索分子合页运动的驱动力，总结驱动力与分子结构之间的关系；重点研究在分子合页运动过程中由两翼金属间距离的改变而引起的磷光发射波长的变化，揭示发射波长与分子合页所处运动状态的内在关系；研究其构效关系，优化合页分子结构，最终达到构筑可视化磷光分子机器的目的，为开发分子机器提供新思路。利用分子合页不同状态下发光变化的特性与规律，以期制备颜色不同（从可见到近红外发光）的发光器件及传感材料。

通过分子机器运动调控组装材料的光学性能，在化学、材料以及生物领域均具有重要的研究意义和应用价值。在本项目中，首先以具有平面构型的金属铂(II)配合物作为分子两翼，刚性的苯环和炔键为分子轴，构筑可视化磷光分子合页，探索了分子合页运动的驱动力，研究了分子合页运动过程中由两翼金属间距离的改变而引起的磷光发射波长的变化，揭示了发射波长与分子合页所处运动状态的内在关系，制备了可视化磷光分子机器，为发展便捷、高效的监测分子机器运动状态开辟了新途径。通过对分子合页柔性链的调控，实现了对分子组装结构及光学性质的调控，研究了其分子结构、组装方式、光学性能与外界场刺激的关系，获得了不同的力敏及压敏光学材料。利用分子不同状态下发光变化的特性与规律，与手性小分子通过动态C=N共价键相键合，设计含手性席夫碱辅助配体的环金属铂（II）磷光CPL材料，实现了对映体分子组装结构与光学行为的调控。基于对映体分子的构型对组装行为和光学性质的显著影响，建立了对映体分子构型与光学性质、组装结构之间的关系，为发展快捷可视化鉴别对映体的方法提供新思路。利用单分子体和聚集体的浓度、溶剂依赖特性，获得了从绿色到红色的可切换发光材料，用于细胞成像的研究工作。金属铂（II）配合物分布在溶酶体和细胞核亚细胞器中的定位具有浓度依赖性，且具有不同发光颜色的细胞成像特性。这表明该类材料可应用于亚细胞器区别成像，亦可有效区别活细胞与死细胞，进一步用来追踪细胞坏死过程。因此，通过调控金属铂（II）配合物在亚细胞器中的分布，为靶向检测、细胞生物学及分子相互作用机制提供了便捷的方法。