CCS Chemistry | 北京大学杨槐&江西师范大学兰若尘：新型手性翻转光开关驱动的动态液晶…

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近日，北京大学杨槐教授&江西师范大学兰若尘特聘教授等通过合理分子设计，开发了一种新型的酰腙类手性翻转光开关。通过将这种新型的光响应酰腙分子开关与液晶基体结合，成功实现了通过光照对液晶螺旋超结构的旋转方向、螺旋结构长度等的动态精准调控。这种新型的光响应手性翻转液晶材料能够作为一种良好的圆偏振发光基体，动态发射具有相反手性的圆偏振荧光。本文为手性液晶材料、动态光子晶体和圆偏振发光器件制备方面提供了新的途径。

背景介绍：

具有手性翻转特性的光开关为动态手性液晶材料和先进手性光学器件的开发和制备提供了良好的分子基础。开发具有高热稳定性、大幅度手性变化、自身无色素色的手性翻转光开关尤其具有重要的科学意义。酰腙类光开关具有热稳定性高、负光性响应、合成简便等多种优势，然而，现有的酰腙类手性分子开关仅能实现手性小幅度变化，无法实现手性可逆翻转，开发具有大幅度手性变化、可手性翻转的酰腙类光开关还未见报道。

本文亮点：

光响应腙开关具有由分子内氢键组成的动态共轭平面，在蓝光或紫外光照射下，分子发生可逆异构，造成分子内氢键断裂和共轭平面的降低或可逆回复。本研究创新性地将轴手性联萘官能团与酰腙分子开关的动态共轭平面直接连接，联萘官能团的二面角能够在光响应腙开关的异构后，发生大幅度变化，伴随分子整体手性的翻转。

图1. （a）手性腙开关的光响应吸收曲线变化。（b）手性腙开关特征氢化学位移表征。（c）手性腙开关的光响应手性翻转表征。（d）-（e）手性腙开关的在异构化后的分子构型和分子二面角。

通过将手性腙开关与液晶基体结合，制备了具有光响应特性的手性翻转胆甾相液晶材料。胆甾相液晶的特征织构能在蓝光照射下逐渐消失，出现典型的非手性向列相液晶织构，表明手性分子处于手性翻转的临界点，手性降低至0。进一步的蓝光照射能够使胆甾相液晶织构重新出现，表明分子的手性翻转并逐渐增大。通过详细表征和计算表明，手性分子的光响应手性变化幅度可高达123%。

图2. （a）-（b）胆甾相液晶织构随光照变化。（c）-（d）手性腙开关在不同光稳态下的手性表征。

为了揭示手性腙开关手性翻转的关键成因，本文设计了两种对比分子。对比分子的手性基团与腙开光的动态平面间隔一个苯环，在这一情况下，对比分子均不能发生手性翻转。表明手性基团与腙开关动态平面的直接连接能够保证手性分子二面角的大幅度变化，从而实现手性翻转。

图3. （a）对比分子的结构。（b）-（c）两种对比分子在不同光稳态下的手性变化。（d）三种腙开关的手性变化对比。

利用这种新型的手性腙开关和光响应胆甾相液晶基体，本文尝试了将其作为圆偏振荧光诱导基体。结果表明，通过掺杂非手性商用荧光分子，在该基体的诱导下，复合体系能够发射圆偏振荧光。圆偏振荧光的手性和强度可以利用光照进行精准可逆调控，表明这种材料体系在手性光学器件方面具有应用潜力。

图4. （a）光响应胆甾相液晶诱导不同手性圆偏振荧光示意图。（b）-（c）荧光分子在掺杂前后的荧光光谱。（d）胆甾相液晶圆偏振光不对称因子的光响应动态变化。

总结与展望：综上所述，本文提出了一种可手性翻转的光响应酰腙类分子开关，通过DFT计算，表明分子异构诱导的手性基团二面角变化是实现分子手性翻转的机理。进一步通过对比分子的合成与表征，表明本文采用的手性分子与动态共轭平面直接连接这一策略的有效性。本文为光响应胆甾相液晶材料的开发提供了新的选择，后续通过进一步分子结构优化，有望实现高性能的手性软材料开发与制备。

相关成果近期以Research Article的形式发表在CCS Chemistry，江西师范大学兰若尘特聘教授为论文的第一作者，北京大学杨槐教授为该工作的通讯作者。本工作得到了国家自然科学基金的资助。

文章详情：

A New Chirality Invertible Photoswitch: Light-Driven Axially Chiral Hydrazone Enabling Dynamic Handedness Inversion of Self-Organized Helical Superstructure

Ruochen Lan, Jinying Bao, Zhaozhong Li, Zizheng Wang, Zichen Wang, Qian Wang, Lanying Zhang, Jiumei Xiao, and Huai Yang*

Cite by DOI: 10.31635/ccschem.023.202303268

文章链接：https://doi.org/10.31635/ccschem.023.202303268

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原标题：《CCS Chemistry | 北京大学杨槐&江西师范大学兰若尘：新型手性翻转光开关驱动的动态液晶超结构》

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