具有无损读取特性的光致变色[2]轮烷

This project mainly focuses on the development of a new series of photochromic [2] rotaxanes that exhibit non-destructive readout function. The macrocyclic component in such [2] rotaxanes is designed to move from one binding site to another through photo-isomerization of the photochromic building block under appropriate light irradiation, which is designed to promote the formation of new absorption band or fluorescence enhancement. Moreover, the new emerging absorption band, excitation or emission of the excited-state [2] rotaxanes appear in spectral regions that is different from that of the photochromic building block and thus can be employed as ideal probe for information reading and to avoid photo-isomerization at the same time, making these novel photochromic [2] rotaxanes non-destructively readable. Furthermore, the absorption or fluorescence spectra of these new photochromic [2] rotaxanes can be tuned easily by further structural modification, which will facilitate the construction of distinctive optical information storage materials with non-destructively reading capability. On the other hand, differing from traditional photochromic molecules, the structure of other parts of photochromic [2] rotaxanes also dramatically change after photo-isomerization. The structure and optical spectral properties of photochromic [2] rotaxanes can be modified conveniently, which allows for their applications in other fields.

本项目提出发展一系列具有无损读取特性的光致变色[2]轮烷。在这类[2]轮烷分子中，利用光致变色模块光驱大环的运动，可以使大环移动到另一识别位点进而形成新的吸收峰或荧光增强，并且部分新的吸收峰或荧光激发波长和发射光谱不与光致变色模块的光谱重叠。因此，可以选择合适的吸收峰或荧光对分子的信息进行读取而不引起光异构化，从而赋予光致变色[2]轮烷具有无损光学读取特性。通过结构修饰，可以对用于无损信息读取的吸收光或荧光波谱进行调控。在此基础上，可以进一步探索构造具有无损读取特性的光学信息储存材料。另一方面，不同于一般的光致变色化合物，当光致变色模块发生光异构化时光致变色轮烷的其他部分的结构也会发生重大改变；上述新型[2]轮烷分子具有结构和光谱性质易于修饰的特点，使其在光致变色的众多领域中有较好应用价值。

光作为一种清洁且时空可控的刺激源，已经被广泛地应用于构筑各种具有光刺激响应性的超分子组装体系和功能材料。本项目的研究内容集中于构筑新型光之变色[2]轮烷以及具有长波长光响应性的超分子组装体系；主要包括几个方面：首先，发展出了一类具有无损读取特性的光致变色[2]轮烷，并在系统研究这类光致变色[2]轮烷的双重光谱变化特性的基础上，通过改变光致变色模块进一步构筑了一类具有双向光开关变色能力且可见光稳定的光致变色[2]轮烷。其次，发展出几类具有可见光刺激响应性的组装新基元；分别通过基于CB[8]的主客体作用和基于UPy的多重氢键二聚作用构筑了具有可见光刺激响应性的超分子聚合物；此外，还利用具有红光响应性的偶氮苯客体和偶氮苯大环构筑了两类具有红光调控客体络合行为的主客体系统。最后，首次提出动态机械键的概念，发展出一类可见光诱导的动态机械键，并将其作为一种新的动态连接方式应用于结构动态材料的构筑。. 本项目构筑的具有双重光谱变化特性的光致变色[2]轮烷，不仅发展了一种有别于通常光致变色化合物的变色原理，还首次利用这一原理实现了利用可见光吸收对信息进行无损读取，并成功构筑具有可见光稳定性的新型光致变色[2]轮烷。同时，鉴于目前大多数光响应超分子组装体系都是以穿透能力弱且易对材料造成损害的紫外光作为刺激源，本项目所发展的可见光或者近红外光刺激响应性的组装新基元则具有更好的生物友好性和穿透能力；因而有望在构筑新型光响应性功能超分子组装体系、超分子药物输送体系以及制备新型结构动态材料等方面得到很好的应用。