聚集诱导发光(AIE)分子是化学传感、生物成像以及光电子学等领域的重要研究对象。其中的多取代烯烃类AIE分子,其发光特性可以通过调控分子结构来精确调整,成为AIE分子家族中的一类重要成员。目前传统的多取代烯烃合成方法往往采用McMurry或者Horner-Wadsworth-Emmons反应,反应活性低、化学选择性差、反应条件苛刻等,极大地制约了这类材料的发展。因此,亟需开发高效、环保且条件温和的合成方法,推动AIE分子的进一步发展。
图1. 传统方法与C−S活化方法的比较
本文开发了一种基于碳-硫键(C−S)活化的新型交叉偶联反应。该方法采用廉价原料二甲基芳基亚磺酸三氟甲烷磺酸酯和对甲苯磺酰腙为底物,成功合成了40多种多取代烯烃。研究表明,通过调节底物取代基可以调控AIE分子的发射光谱范围(覆盖350-850 nm)。通过深入氘标记等工作确认了β−H消除在双键形成中起到了关键作用。并且,通过一系列对照实验,验证了叔丁醇锂在活化Buchwald预催化剂以及促进高活性重氮中间体生成中的重要性。最后,本文采用了荧光量子产率高达65.8%的AIE分子制备成了纳米颗粒。结果表明,这些纳米颗粒在细胞内具有良好的定位能力,并且表现出优异的生物相容性,在生物医学领域展示了潜在的应用前景。
图2. 通过C−S活化法合成的AIE分子,发射光谱覆盖350至850 nm,包括化学结构、产率及荧光光谱
因此,本研究通过C−S键活化开发了一种合成AIE分子的成本低廉、高效的合成方法。该方法不仅大大提高了多取代烯烃的合成效率,而且实现了对AIE分子光学性质的精确调控,在化学传感、生物成像等领域展示了广阔的应用潜力。
以上研究论文以“General method to synthesize aggregation-induced emission molecules via carbon-sulfur bond activation”为题发表于 Aggregate 期刊,论文第一作者为课题组博士研究生马博维,通讯作者为课题组的黄辉教授、史钦钦教授和中国科学院北京纳米能源与系统研究所温凯凯博士。