平面手性有机化合物的圆偏振发光研究进展综述

本文由Jin-Fa Chen、Qing-Xiu Gao、Hong Yao、Bingbing Shi、You-Ming Zhang、Tai-Bao Wei和Qi Lin等作者合作完成，发表于*Chem. Commun.*期刊2024年第60卷。文章系统总结了平面手性有机化合物在圆偏振发光（Circularly Polarized Luminescence, CPL）领域的最新研究进展，并探讨了其在光电设备、不对称催化和手性传感等领域的应用潜力。

研究背景与主题

圆偏振发光（CPL）是一种重要的手性光学现象，能够直接表征手性材料在激发态的结构信息，并在3D光学显示、信息存储、生物探针和CPL激光等领域具有广阔的应用前景。近年来，具有CPL特性的手性有机小分子因其高发光效率、明确的分子结构、灵活的修饰性和易于功能化等特点，吸引了广泛的研究兴趣。平面手性有机化合物作为手性有机小分子材料的重要类别，通常具有刚性的大环骨架，在手性超分子化学（如手性自组装和手性主客体化学）领域具有重要研究价值。因此，平面手性有机化合物的CPL研究成为热点。

主要研究内容与观点

1. 平面手性CPL活性化合物的分类与设计

文章详细介绍了基于平面手性的CPL活性化合物，主要包括以下几类：
- [2.2]对环芳烃（[2.2]Paracyclophanes）：这类化合物因其成熟的合成方法和刚性骨架，常被用于设计CPL活性分子。例如，Morisaki和Chujo团队通过引入荧光基团（如芘和三芳基硼烷）到[2.2]对环芳烃骨架中，成功合成了具有高发光不对称因子（glum）和荧光量子产率（ΦF）的CPL活性分子。
- 柱芳烃（Pillar[n]arenes）：柱芳烃因其独特的空腔结构和易于功能化的特点，被用于构建CPL活性材料。Chen等人通过将三苯胺和三芳基硼烷共价连接到柱[5]芳烃上，合成了具有热致变色荧光和CPL特性的化合物。
- 萘和蒽基大环芳烃：这类化合物（如棱柱芳烃Prism[n]arenes和Pagoda[n]arenes）因其扩展的π共轭体系，表现出更强的荧光性能和稳定的平面手性。例如，Pagoda[4]arene在固态下表现出高荧光量子产率（ΦF = 37%）和显著的CPL信号（|glum| ≈ 5.3 × 10⁻³）。

2. CPL活性化合物的应用

文章重点探讨了平面手性CPL活性化合物在以下领域的应用：
- 圆偏振有机发光二极管（CP-OLEDs）：平面手性化合物如[2.2]对环芳烃衍生物被用作发光层，实现了高外部量子效率（EQE）和显著的圆偏振电致发光（CPEL）信号。例如，化合物ps-43在掺杂薄膜中表现出高ΦF（60%）和gpl值（+3.3 × 10⁻³），其CP-OLED器件的EQE高达7.8%。
- 不对称光聚合：Duan等人利用平面手性联苯[2.2]对环芳烃作为手性湮灭剂，构建了上转换圆偏振紫外发光（UC-CPUVL）系统，成功触发了二乙炔的对映选择性聚合。
- 手性传感：CPL信号的差异被用于开发高灵敏度传感器。例如，化合物ps/pr-48在水/THF混合溶液中表现出聚集诱导的CPL增强效应，可用于水含量的定量检测。

3. 挑战与未来展望

尽管平面手性CPL活性化合物取得了显著进展，但仍面临以下挑战：
- glum与荧光量子产率的权衡：大多数有机CPL材料的glum值较低（10⁻⁵–10⁻²），如何同时提高glum和ΦF仍是关键问题。
- 刺激响应行为的开发：未来需进一步探索CPL材料在外界刺激（如光、电、化学物质）下的动态响应特性。
- 手性主客体识别：平面手性大环化合物的空腔结构为对映体识别提供了独特平台，但相关研究仍处于起步阶段。

研究意义与价值

本文系统总结了平面手性CPL活性化合物的设计策略、结构-性能关系和应用前景，为手性光学材料的发展提供了重要参考。其科学价值体现在：
1. 理论指导：通过分析分子结构与glum的关系，为设计高性能CPL材料提供了明确方向。
2. 应用拓展：展示了CPL材料在光电设备、不对称催化和传感等领域的潜在应用。
3. 方法创新：提出了利用大环空腔和主客体化学增强CPL性能的新思路。

亮点与创新

1. 全面性：涵盖了从[2.2]对环芳烃到柱芳烃、棱柱芳烃等多种平面手性体系。
   
2. 应用导向：重点探讨了CPL材料在器件中的实际性能，如CP-OLED的EQE和CPEL因子。
   
3. 前瞻性：指出了未来研究中需解决的关键问题，如glum的提升和刺激响应行为的开发。
   

这篇综述不仅梳理了平面手性CPL活性化合物的研究现状，还为该领域的未来发展提供了重要启示，有望推动手性大环化学和手性功能材料的进一步突破。