可被分子识别激活的光驱动分子开关

In this proposal, we present a series of recognition-gated switches (RGS), in which receptor-substrate binding is used to actuate the light-driven molecular switches. These switches share a receptor-equipped push-pull azobenzene chromophore. Molecular recognition changes the electronic structure of the switch, channeling a non-switchable intramolecular charge transfer (ICT) state into a switchable localized π→π* transition. Selective actuation of photoswitch by molecular recognition is unique, laying on the foundation for novel molecular sensors and machines.

本项目将设计合成一类可被分子识别激活的分子开关（Recognition－Gated Switch，RGS），研究的主要目标是将分子识别的化学信息转变成开关的构象变化并基于此开发新型智能分子系统。RGS的核心结构为具有电子推拉特点的偶氮苯类化合物，分子识别可改变此类化合物的电子推拉效应，使其激发态由分子内电荷转移（ICT）变成偶氮苯的π→π*跃迁，从而控制开关的光致异构反应。课题设计主要关注以下方面：1）建立从分子识别到光驱动分子构象变化之间的化学信息传递模式； 2）在RGS基础上研制新的分子传感，分子机器等智能分子系统。

本项目研究了一类可被分子识别激活的偶氮苯分子开关。主要合成了一系列连接多酰胺受体的电子推拉型偶氮苯化合物。通过金属离子配位，改变分子开关的电子激发态，从而调控分子开关的光致异构效率。金属离子配位之前，分子开关具有明显的电子推拉结构，呈现分子内电荷转移激发态，光致异构被抑制；当金属离子配位后，分之内电荷转移被抑制，激发态为π→π*跃迁，进而发生光致异构反应。金属离子配位后，光稳态的顺反比例由14%提高到82%。通过进一步研究参比化合物的光致异构行为，验证了分子识别调控分子开关光致异构的机理。