近日，浙江師範大學「錢江學者」省特聘教授、省151人才工程第一層次培養對象，生化學院章康達研究員課題組在頂級綜合性化學期刊Chem. Sci.上在線發表論文「Towards photoswitchable quadruple hydrogen bonds via a reversible「photolocking」strategy for photocontrolled self-assembly」。浙江師範大學為該論文唯一完成單位。
發展光開關的多重氫鍵作用模式能夠為可控超分子自組裝和構築功能超分子材料提供一種基礎工具。然而，目前已報導的多重氫鍵自組裝體系卻很少能夠通過光刺激直接調控多重氫鍵作用的結合常數，實現對氫鍵分子組裝體結構和功能進行調控，且由於多重氫鍵的結合模式多樣、結構豐富，以及作用結構匹配性強等特點，從而使得發展普遍適用於多重氫鍵作用的光開關調控模式極具挑戰。
在本工作中，作者首次提出一種 「光鎖」策略構建雙向光開關多重氫鍵作用：在多重氫鍵二聚體單體中引入具有雙向光開關性的 「光鎖分子」，通過光調控「光鎖分子」形成分子內氫鍵能力，「鎖住/解鎖」參與形成多重氫鍵作用的部分作用位點，使多重氫鍵二聚體的結合常數發生巨大改變，從而實現多重氫鍵作用的顯著的雙向光開關調控。這一策略的實施只對「光鎖分子」形成分子內氫鍵的能力有要求，而對多重氫鍵的主體結構沒有特殊要求。原理上通過使用該策略無需對現有多重氫鍵的主體結構進行改造，就可實現雙向光開關，因此該策略具有潛在的普適性且易於實行。
基於該策略，作者有效構建了一類全新的雙向光開關四重氫鍵作用模式。通過在四重氫鍵模塊脲基嘧啶酮（UPy）單元上修飾具有雙向光開關性的鄰酯基偶氮苯基團（「光鎖分子」）可以得到光響應的Azo-UPy分子。利用「光鎖分子」的可逆光誘導E/Z異構化作用可以調控Azo-UPy形成分子內氫鍵的能力，進而光控「鎖住/解鎖」部分四重氫鍵作用位點，以達到顯著改變氫鍵二聚體的結合常數，從而實現四重氫鍵作用的顯著雙向光開關調控。
在系統研究了Azo-UPy分子間的光開關四重氫鍵作用規律以後，作者還進一步探索了其在光調控聚合物的聚集行為，並將其作為光開關的鏈封端劑應用於構築聚合度可光調控的氫鍵超分子聚合物體系，從而驗證了本工作所發展的光開關四重氫鍵在構築光控氫鍵自組裝體系方面的應用潛力。
該項目得到了國家自然科學基金、浙江省自然科學基金，以及「先進功能材料」教育部重點實驗室開放基金的支持。課題組碩士生魏露和韓詩濤為論文共同第一作者，課題組佔田廣副教授為論文的共同通訊作者。
Chem. Sci.是化學領域頂級期刊，作為英國皇家化學會（RSC）的旗艦期刊，其致力於出版綜合化學領域的前沿和基礎研究的原創論文，最新影響因子為9.364。
來源：浙江師範大學
論文連結：
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/sc/d0sc06141g#!divAbstract
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