[发明专利]具有手性光学活性的新材料

说明书

本发明涉及在聚集态下具有强圆二色性(CD)、圆偏振荧光(CPL)和高荧光量子产率的材料及其制备和使用方法。

交叉申请

本申请要求于2017年1月26日提交的美国临时专利申请编号62/499，22的优先权，该专利申请全文包含在本申请中。

技术领域

本发明涉及在聚集态下具有很强的圆二色性(CD)、圆偏振荧光(CPL)和高荧光量子产率的材料制备和使用。

背景技术

聚集猝灭荧光(ACQ)是指分子在稀溶液中有较强荧光发射，但在薄膜或固体状态下发光减弱或消失。这在传统有机分子中是一个普遍现象。这种现象阻碍了材料在固态条件下的使用，例如在有机发光二极管领域。

2001年，首次描述了具有聚集诱导发光(AIE)特性的发光材料，并且由于其独特的性质而引起了广泛的关注。通常，呈现AIE效应的材料在溶液状态下不发光或有非常微弱的发光，但在聚集状态下具有增强的发射。这种效应已被广泛应用于开发新的荧光材料。该材料可用于荧光传感器、生物探针和有机发光二极管等应用。

具有圆偏振发光的手性AIE材料具有更大的应用前景，比如CPL用于3D显示的有机发光二极管，同时可以用作生物探针去研究生物大分子和小分子之间的相互作用，这种方法可以有效避免传统技术中自发荧光的干扰。

最容易制备的手性AIE材料通常包括连接手性基团到AIE分子(例如，四苯基乙烯(TPE))。手性基团可以是联二萘酚，氨基酸或糖等等。然而，连接的手性基团会影响AIE材料的物理、化学和光学性质。

可选地，手性AIE材料可以从传统手性分子修饰而来，例如，螺旋烯。它的摩尔椭圆率高达2×10⁶mdeg·L·mol^-1·cm^-1,而大多氨基酸的摩尔椭圆率仅有10⁴mdeg·L·mol^-1·cm^-1左右。螺烯的好处是其稳定性好，能够在恶劣环境下保持其化学结构和光学性能的稳定，比如高温、强酸和强碱。然而，螺旋烯的合成、功能化和对映选择性分离具有很大的挑战性。

近年来，研究了一种基于分子内空间位阻的手性AIE材料的制备方法，这种方法与AIE现象的机制类似——分子内运动受限(RIM)。

这种方法可以用TPE加以说明。在溶液状态下，TPE的四个苯环能够自由旋转。然而，如果能限制四个苯环的旋转，则可以实现TPE的构象。在聚集体状态下，TPE的苯环自由旋转受到限制，但在没有任何方法控制四个苯环的排列方向的情况下，最终的TPE固体材料仍然是不同异构体的外消旋混合物。

然而，在某些手性溶剂存在下形成的TPE晶体，分子内苯环倾向于以相同的方向排列，以制备单一手性晶体。不幸的是，这些单一手性TPE晶体一旦溶解在其良溶剂中，往往会由于分子内运动而快速外消旋，目前对其结晶过程的研究还不多，而且由这种方法制备手性AIE材料效率很低，这限制了它的进一步研究和开发。

鉴于上述情况，仍有必要开发改进的方法来获取手性AIE材料。

发明内容

本申请提供手性AIE材料及其制备和使用方法。所提供的手性AIE材料非常稳定并且具有强的手性特性。可以使用常规方法利用市售试剂有效地制备手性AIE材料。

在第一个方面，本申请提供了一个包含选自以下化合物的颗粒：

其中Y是CH或N；