刺激响应性材料是材料科学的研究热点，此类材料在外界的光、电、热、力等刺激下可发生物理或化学性质的变化，所以受到广泛的关注和研究。其中，力致变色材料因其在机械力刺激下能动态、可逆地调节荧光颜色而备受关注，具有广泛的应用潜力，如传感器、数据存储和防伪材料等。蒽基化合物是一类重要的π共轭化合物，具有优异的光物理性质，近年来其力致变色性能备受研究。目前，研究主要集中在9,10-二苯乙烯基蒽衍生物，但对其他蒽基化合物的研究有限，阻碍了其进一步发展。而且，杂原子中，氮原子的引入对蒽基化合物的光物理性质和力致变色行为有显著影响，深入分析氮原子微调对力致变色性能的影响具有重要意义。
最近，吉林大学王明教授团队成功设计并合成了三种氮杂环与烯酮修饰的蒽基化合物An-1、An-2和An-3。这三种化合物为同分异构体，差异仅在于氮原子在分子中的位置。研究了氮原子位置的改变对蒽基化合物光学性质及力致变色行为的影响。实验结果显示，三种化合物在溶液状态下的光物理性质基本一致，表明氮原子位置对其溶液态性质影响较小。然而，在固态下，三者的光物理性质和力致变色性质表现出显著差异，尤其是An-2的力致变色效应最为突出，其发射峰红移最大可达30 nm。
通过单晶结构表征，发现三种化合物具有高度扭曲的分子结构和丰富的弱相互作用，促使它们形成松散的分子堆积。在机械力作用下，分子构象趋向于更加平面化，进而诱导分子间滑动。随着构型变化，分子堆积变得更为紧密，导致荧光发射峰红移并伴随荧光颜色变化。An-1的蒽单元以面对面二聚体形式紧密堆积，滑动空间有限，发射峰偏移较小。相比之下，An-2和An-3堆积较松散，外力下滑动空间更大，发射峰偏移更显著。特别是An-2，因其蒽单元间距较大，堆积最为松散，因此其研磨后具有最大的荧光变化。总之，氮原子位置的变化显著影响了蒽基化合物的固态光物理和力致变色性质，这项工作对未来力致变色材料的设计具有一定的指导意义。
论文信息
Synthesis of Anthracene-Based Mechanofluorochromic Molecules and Their Differential Mechanochromic Effects Triggered by Nitrogen Atoms
Hao Yu, Meng Li, Xiong Chen, Ningxu Han, Zihan Xu, Ming Wang
European Journal of Organic Chemistry
DOI: 10.1002/ejoc.202400876
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European Journal of Organic Chemistry
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