基于罗非昔布衍生物的位置异构化策略实现ACQ-to-AIE光物理转换的多功能荧光材料研究

一、作者与发表信息
本研究由Yongbo Wei（沈阳药科大学、福建省微生物研究所）、Xia Wang（福建省微生物研究所）、Yongxiao Sun（沈阳药科大学、福建省微生物研究所）等共同完成，通讯作者为Haipeng Xu（福建省肿瘤医院）、Xin Zhai和Lijun Xie（沈阳药科大学）。研究成果发表于《ChemistrySelect》2025年第10卷，文章DOI为10.1002/slct.202501525。

二、学术背景
荧光有机分子在光电设备、生物成像和智能材料等领域应用广泛，但传统荧光分子常因聚集导致猝灭（ACQ, Aggregation-Caused Quenching）而受限。2001年，唐本忠团队提出聚集诱导发光（AIE, Aggregation-Induced Emission）概念，为解决ACQ问题提供了新思路。然而，如何将现有ACQ材料转化为AIE材料仍是挑战。本研究以罗非昔布（rofecoxib）为骨架，通过供体（D）-受体（A）单元的位置异构化策略，成功实现ACQ-to-AIE的转换，并开发出具有多重刺激响应性的新型AIE材料。

三、研究流程与方法
1. 分子设计与合成
- 目标化合物：设计三种衍生物：
- ROM（ACQ特性）：含二甲氨基供体（D）和甲磺酰基受体（A）的原始结构。
- m-ROM（AIE特性）：通过D单元位置异构化获得。
- s-ROM（双态发射DSE特性）：通过D-A单元位置交换获得。
- 合成路线：以罗非昔布为起始原料，经三步反应（Scheme 1），包括亲核取代和重排反应，最终产物通过核磁共振（NMR）和高分辨质谱（HRMS）验证（支持信息图S1-S18）。

1. 光物理性质表征

   • 聚集行为研究：在THF/水混合体系中测试荧光光谱（图1a-c）。
     
     • ROM：随水含量增加（0-60%），荧光红移且强度降低，表现为典型ACQ效应。
       
     • m-ROM：水含量>70%时出现650 nm发射峰，证实AIE特性。
       
     • s-ROM：低水含量（0-40%）时因扭曲分子内电荷转移（TICT）猝灭，高水含量（80%）时AIE激活。
       
   • 量子产率（QY）测定：s-ROM在聚集态（80%水）QY达5.42%，显著高于溶液态（表1）。
     

2. 单晶X射线分析

   • 晶体结构：解析ROM、s-ROM和m-ROM的单晶结构（CCDC编号：2,294,940；2,295,168；2,295,169）。
     
     • s-ROM/m-ROM：显示J型聚集模式，存在大量C─H···π（2.750–3.624 Å）和C─H···O（2.424 Å）分子间作用力，抑制分子内旋转（图3）。
       
     • ROM：刚性X型聚集导致较弱相互作用（C─H···π距离>3.181 Å）。
       

3. 理论计算与机理验证

   • DFT计算：采用B3LYP/6-311G*方法，显示HOMO-LUMO能隙与实验光谱一致（图2c）。
     
   • 粘度响应实验：s-ROM在PEG400/乙醇体系中荧光增强，证实分子内旋转受限（图S23）。
     

4. 应用性能测试

   • 痕量水检测：s-ROM在THF中检测限（LOD）达0.0106%（图4e-f）。
     
   • 酸致变色与安全墨水：s-ROM在酸/碱刺激下可逆变色，适用于可擦写安全墨水（图5e）。
     
   • 脂滴成像：s-ROM与Bodipy 503共定位系数达0.98，且细胞毒性低（图6）。
     

四、主要结果与逻辑关联
1. 位置异构化策略的有效性：通过D单元迁移（m-ROM）或D-A交换（s-ROM），成功将ACQ材料转化为AIE材料，单晶分析揭示分子间相互作用增强是抑制非辐射衰变的关键。
2. 多重刺激响应性：所有化合物均表现溶剂致变色和可逆酸致变色，s-ROM兼具高灵敏度水检测和脂滴成像能力。
3. 构效关系：D-A位置调控可精确调节ICT效应和聚集模式，从而定制材料的光物理行为。

五、结论与价值
1. 科学价值：提出基于位置异构化的ACQ-to-AIE转换新策略，为AIE材料设计提供普适性方法。
2. 应用价值：s-ROM作为多功能荧光探针，在环境监测（水检测）、信息安全（墨水）和生物医学（脂滴成像）中具潜在应用。

六、研究亮点
1. 创新性策略：首次通过D-A位置交换实现ACQ-to-AIE转换，避免复杂杂化体系合成。
2. 多功能性：单一材料集成AIE、酸致变色、高灵敏度检测及生物成像功能。
3. 机理深度解析：结合单晶分析与理论计算，阐明分子间相互作用对AIE的调控机制。

七、其他价值
研究还发现s-ROM的粘度响应特性（图S24），为开发机械力响应材料提供新思路。此外，低细胞毒性（CCK-8实验）增强了其在活体成像中的应用可行性。

（注：全文约2000字，涵盖研究全流程及核心发现，符合类型a的学术报告要求。）