[发明专利]基于单分子的多重可控光反应及其在信息存储与读取上的应用

说明书

本发明公开了一种氰基苯乙烯化合物，其结构如下式(I)所示，其中X为阴离子，Y为烷基、烷氧基、芳基或其他功能性官能团。它能够通过调节聚集形貌的不同或者使用不同的激发光来得到多重可控的光反应，也可以通过用具有不同空腔大小的环化合物来控制光二聚的速度，并且能用水凝胶的固液两相催化反应实现无需提纯地大量制备光二聚产物。

技术领域

本发明涉及光反应领域，具体涉及一种氰基苯乙烯化合物和其响应的光反应、以及对其光反应速度的控制和应用。

背景技术

受大自然启发，科学家一直在寻求新的方法来精确控制单分子体系中的反应。光反应由于具有很高的时空分辨率从而可以精确的以非侵入的方式来实现这个目标而广受欢迎。已经有很多的光反应基团如偶氮苯，螺吡喃，蒽，香豆素，二芳基乙烯等被用来控制微观的结构或宏观的性质。就光反应类型来说，主要分为顺反异构化，光环化和光二聚三种。之前很多的工作中都展现了对单一反应的控制性，但是他们都是面临“一个萝卜一个坑”的问题。而这种单一性和不可控性极大的限制了这些反应的应用。如何实现单一体系的多重光反应不仅在学术上有重要意义而且有利于这些反应的进一步推广应用。一个想法就是将各种不同的光响应基团通过化学合成或者超分子组装整合到一个体系中，但是这种方式原理上可行，实际操作却困难重重。比如有机方法的繁琐合成与提纯，光反应波长的选择性带来的不确定性，超分子组装体的不稳定性，最重要的一点是如何让这些不同的官能团在一个体系中协调的工作。这些问题都极大的阻碍了单体系中可控光反应的实现。

由于大部分的光反应都会扭曲，破坏或者延长分子的共轭程度，因而这些反应通常都会伴随明显的颜色或荧光的改变。而之前的绝大部分光反应的工作都是基于聚集导致荧光淬灭(ACQ)的分子来展开的，这就意味着无法利用荧光看到在聚集态或者固态下发生的光反应。

发明内容

为了解决上述技术问题，我们的发明基于一种具有聚集诱导发光性质的氰基苯乙烯化合物，通过聚集形貌以及光源的控制实现该化合物的可控的光反应，并且通过超分子组装的方式来控制光二聚反应的速度，以及利用凝胶实现大量制备光二聚体。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种具有聚集诱导发光性质的氰基苯乙烯化合物，其特征在于具有下式(I)所示的结构：

其中，X为阴离子，Y为烷基，烷氧基、芳基或其他功能性官能团。

本发明还提供了一种制备所述氰基苯乙烯化合物的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

由化合物A和4-硼酸吡啶经过Suzuki偶联反应得到化合物B，以及；

化合物B与碘化钾反应先生成碘盐后再通过离子交换得到不同阴离子的目标化合物。本发明所述氰基苯乙烯化合物能够响应的光反应类型主要为以下三种光反应：顺反异构化反应，光环化反应和光二聚反应。

对于所述氰基苯乙烯化合物，可以通过控制分子的聚集形貌或者选择不同的光源进行光照从而控制光反应的类型。

具体地，通过可见光的照射可以在纯有机溶剂中实现所述氰基苯乙烯化合物的顺反异构化反应，在水体积含量为0％到70％的水和四氢呋喃的混合溶液中可以用紫外光进行照射以实现光环化反应，在水体积含量为70％到99％的水和四氢呋喃的混合溶液中可以用紫外光进行照射以实现光二聚反应。

优选地，所用的可见光的光源为白炽灯，所用紫外光的光源为发射365nm波长紫外光的手提紫外灯。

另外，可以利用具有不同空腔大小的环化合物来控制光反应的速度。

优选地，所述环化合物选自以下物质中任意一种或多种：环糊精，冠醚，杯芳烃，葫芦脲，柱芳烃。

本发明还可以通过水凝胶来实现无需提纯的大量制备光二聚产物。