近日，南京大學化學化工學院潘毅、王毅和鄭佑軒團隊開發了新型籠手性碳硼烷發光材料，該工作發表在Angew. Chem. Int. Ed. (2022, DOI: 10.1002/anie.202209438)。
手性發光材料由于可以發射圓偏振光(CPL)，在信息存儲、3D顯示等前沿應用領域有重大研究價值。但是很多傳統的手性發光材料因手性中心和發光中心相互分離而限制了其CPL性能。因而開發手性中心與發光中心相結合的新型手性發光材料成為提高手性發光不對稱因子(g)的重要研究思路。碳硼烷作為一類具有特殊電子特性的三維籠狀結構分子，具備高熱穩定性和高化學穩定性，已廣泛應用于發光材料的設計應用。而碳硼烷籠手性作為一類特殊的三維空間立體手性源，還尚未應用于手性發光材料的設計與合成。
近日，南京大學化學化工學院潘毅教授、王毅教授和鄭佑軒教授團隊以籠手性碳硼烷并茚酮結構作為電子受體，通過調整電子給體基團咔唑與苯環的連接位點，設計合成了2個藍色籠手性碳硼烷發光材料Cb1和Cb2，拆分得到了兩對對映體(R/S)-Cb1和(R/S)-Cb2，并對它們在圓偏振發光（CPL）和聚集誘導電化學發光（AIECL）方面的性質應用進行了研究。
(R/S)-Cb1和(R/S)-Cb2對映體在溶液態和固體薄膜態下的CD和CPL光譜均表現出高度對稱性。在正己烷中，其光致發光不對稱因子(gPL)分別為0.29×10-3/ -0.28×10-3和1.42×10-3/ -1.33×10-3。而在薄膜狀態下，(R/S)-Cb1和(R/S) -Cb2的gPL因子分別提高到6.24×10-3/ -6.11×10-3和7.38×10-3/ -7.46×10-3，高于多數有機手性發光小分子，這可能是由于分子在薄膜狀態下規則排列導致的。并且研究發現，(R/S)-Cb1和(R/S)-Cb2由于咔唑基團與苯環的連接位點的不同，二者顯示了很多不同的性質。
隨著溶劑極性的逐漸增大，(R/S)-Cb1溶液的熒光量子產率(PLQY)不斷衰減，發射峰逐漸紅移，CPL發光強度增加，gPL因子逐漸增大。這一現象是由于分子內扭曲電荷轉移(TICT)效應造成，使得(R/S)-Cb1可以應用于溶劑極性識別領域。
而Cb2表現出了明顯的聚集誘導電化學發光(AIECL)性能，且表現出優良的ECL穩定性。同時Cb2可應用于神經遞質多巴胺濃度檢測，在生物檢測領域表現出潛在的應用價值。
該工作將碳硼烷籠手性電子受體這一全新的手性源應用于手性發光分子的設計，合成的Cb1和Cb2表現出較高的g因子，證明了碳硼烷籠手性在手性分子設計合成中的潛力。而通過調整供電子基團與苯環的連接位點，使結構類似的Cb1和Cb2顯示出了在不同領域的應用價值。
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