[发明专利]一种荧光开关及其制备方法、应用

说明书

本申请公开了一种荧光开关及其制备方法、应用。荧光开关，包括具有式I所示结构式的化合物、具有式II所示结构式的化合物中的至少一种：其中，R₁选自荧光基团；R₂、R₃、R₄、R₅独立地选自H、烷基、硝基、甲氧基中的一种。本申请提供的荧光开关可利用pH和胺作为外界刺激对其进行有效调控，从而有效构筑可控的发光分子组装体系。

技术领域

本申请涉及一种荧光开关及其制备方法、应用，属于分子开关技术领域。

背景技术

分子开关是指在两种或者两种以上稳定状态下可以自由可逆切换的分子，是研究最早的一类分子机器之一。相对于近期开发的具有复杂体系的分子机器，分子开关结构和功能响应相对简单。在外加条件的刺激影响下，分子可以从一种稳态结构转化为另一种稳态结构，且当引起变化的外界条件消失后，分子能够自发返回到原来的状态。这类外界环境刺激包括如pH、温度、光照、电流以及配体配位作用等。由于生物体内的众多复杂功能调控基于生物分子开关，因此，分子开关在生命科学、医学等领域也发挥至关重要的作用。荧光开关作为一类常见的，分子开关在传感、检测、手性筛选、信号级联以及纳米技术和新功材料等方面具有重要作用。

可控的发光体系，尤其是可调节出白光的发光体系在的在材料领域发挥重要作用。尤其是在外加刺激条件下，可发生可自由颜色切换的组装体系在分子传感、逻辑门、多彩屏幕等方面有重要应用。

然而，现有的可控的发光体系合成、组装过程复杂，有些需掺杂稀土金属(CN102851025A)。此外，实现单一波长激发下的颜色可变发光体系较为困难，例如文献(J.Am.Chem.Soc.2016,138,13541-13550)利用超分子组装在在不同波长激发下实现颜色变化的发光体系，在单一波长激发下则不能实现该目标。文献(Nat.Commun.2015,5,1-7)通过三种蓝光、黄光、红光的聚合物实现白光与上述三种颜色光之间的转换，但是该体系未能实现四种颜色直接的相互转化。

发明内容

根据本申请的一个方面，以动态共价化学入手，提供了一种荧光开关。本申请合成的荧光开关具有良好的外界刺激响应性，产生丰富的荧光颜色变化。

本申请提供的荧光开关，包括具有式I所示结构式的化合物、具有式II所示结构式的化合物中的至少一种：

其中，R₁选自荧光基团；R₂、R₃、R₄、R₅独立地选自H、烷基、硝基、甲氧基中的一种。

优选地，R₂、R₃、R₄、R₅独立地选自H、C₁～C₅烷基、硝基、甲氧基中的一种。

本申请提供的荧光开关是一类具有环链异构平衡的化合物，荧光开关在具有式I所示结构式的化合物和具有式II所示结构式的化合物之间的转换进行调控。

本申请的荧光开关通过环链异构修饰含氨基类的荧光芳香化合物得到，并且阐述这类荧光开关在可控发光体系中的应用。基于磺酰胺的荧光开关具有式Ⅰ和式Ⅱ所示的结构，其中R₁为荧光基团。开、关环异构体由于C-N键的旋转导致磺酰基与荧光基团的共轭程度不一致，使得开、关环结构的荧光信号在强度和波长上产生差异，进而可利用pH和胺作为外界刺激对荧光开关进行有效调控。此外，利用多组分探针(即荧光开关)构建动态反应网络，通过输入外界刺激(如胺、pH)等调控方式，可以有效构筑可控的发光分子组装体系。