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可见光调控质子的浓度及质子化

质子化或质子转移是自然界中最常见的过程之一。许多化学反应、材料性质和生物过程都对质子浓度敏感,在光照下可逆地经历质子解离的光酸可以对质子敏感过程进行远程、空间和时间控制,并且可能提供将光能转换成其他类型能量的方式。相比之下,常用于聚合反应的光产酸剂(photoacid generator, PAG)不具有可逆性,所以只能用于引发一个酸敏过程。激发态光酸酸态寿命短,不能有效提高质子的浓度。近年来发现的亚稳态光酸可以在溶液和高分子材料中以高效率和良好的可逆性产生大质子浓度。此外,这种类型的光酸可以用来自LED和太阳光的中等强度可见光激活。因此,亚稳态光酸可以方便地应用于不同体系中,用来控制各种质子转移过程。


亚稳态光酸的结构中具有电子受体部分和弱酸性亲核部分,两部分通过双键连接。在光照下,双键的顺反异构化使两部分互相接近,从而发生亲核环化反应。反应产生高度酸性的亚稳态结构可以释放质子,在黑暗状态下,亚稳态形式恢复至更稳定的基态形式并收回质子。具有不同性质的亚稳态光酸可以通过不同的电子受体和亲核部分来构建。


亚稳态光酸可用于控制共价键离子键和氢键的形成及断裂,通过质子化改变分子的电子结构以调控其电子和光学性质,并控制离子交换过程。许多亚稳态光酸的应用,如体积变化水凝胶、杀菌、气味释放、光致变色、纳米颗粒形成和聚集、超分子组装、分子开关、微生物燃料电池、阳离子传感器和高分子合成等均已报道。


佛罗里达理工学院廖毅教授(点击查看介绍)近来在Accounts of Chemical Research 上发表了有关亚稳态光酸设计和应用的综述。文章还讨论了现有光酸在光酸度、暗酸性、可逆性、稳定性等方面的优缺点以及该研究领域的未来前景。


该论文作者为:Yi Liao

原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Design and Applications of Metastable-State Photoacids

Acc. Chem. Res., 2017, 50, 1956, DOI: 10.1021/acs.accounts.7b00190


导师介绍

廖毅

http://www.x-mol.com/university/faculty/46698


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