[发明专利]一种温控分子马达光电材料、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种新型温控分子马达材料、制备方法及其应用。所述的分子马达材料的主体结构骨架是给体‑受体（Donor‑Acceptor）构型，其中咔唑基团是电子给体（Donor），邻碳硼烷（o‑carborane）是电子受体（Acceptor），通过将邻‑碳硼烷基团功能化，环境温度改变时促使咔唑‑9‑苯基‑4‑碳硼烷的转动，实现晶态下的单向旋转运动，改变分子的构象，实现晶态分子马达荧光的变化，为研究固态分子马达提供了一种新型的研究思路。该类分子马达制备简单，成本低廉，产品易分离、收率高、纯度高，在传感器、电致发光器件等方面具有潜在的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种分子马达光电材料，尤其涉及一种温控分子马达光电材料及其制备方法。

背景技术

在物理学、化学和生物学的交叉领域，研究和构建分子尺度的马达一直备受科学家的广泛关注，分子马达以及相关器件理论研究与制备促进这一领域得到极大发展。分子马达的定向转动、分子马达材料具有优良的响应性和适应性等，这使得分子马达具有广阔的发展前景。利用化学合成技术，制备微纳分子机器，模拟自然界分子机器的功能，在分子机器、催化、分子肽的制备方面有广阔的应用前景。

1959年，Richard Feynman提出了光化学驱动分子机器的概念，如图1所示，第一代的光驱动分子旋转马达，通过波长大于280纳米的光照射实现顺反异构的可逆过程，这种热交换带来了分子的旋转(Nature,1999,401,152-155)；第二代的光驱动分子旋转马达，在一代的基础上，设计的分子将转子、旋转轴、定子这类驱动系统划分得更加明确，用萘基替代了原先的转子，这是为了保证其在360°的转动循环中，萘基的转动能垒高于热螺旋反转的能垒，从而抑制了无规则的热运动(Science,2017,356,964-968)；第三代的光驱动分子旋转马达，在第二代的基础上实现了双旋转轴，双转子、双旋转轴以及唯一定子组成的驱动结构，有助于分子马达的定向运动机制的研究以及调控问题的解决(Nature Chemistry,2015,7,890-896)。实际上，分子马达的360°单向旋转是由光化学调制的顺式-反式异构化和不可逆的热异构化的组合驱动的，其中分子马达中的手性对于确保单向性至关重要。然而，现有的分子马达通常会涉及一系列未解决的问题，包括极其复杂的合成制备过程，组合的驱动力控制等，这在很大程度上限制了分子马达的实际开发潜力。因此非常需要构造一个仅由热能驱动的简单分子马达，以实现定向旋转运动并最终执行类似于机器的功能，开发这种由热能驱动的分子马达的关键在于筛选能够允许将热能转换成定向运动的合适的分子马达。

发明内容

本发明的目的在于提供一种允许将热能转换成定向运动的合适的分子马达，该发明基于传统分子马达的基础，引入了碳硼烷类特殊结构基团，实现温度驱动下对分子马达转动的精确调控。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：一种新型的温控分子马达光电材料，以咔唑基团为电子给体，以邻碳硼烷为电子受体。

进一步的，一种新型的温控分子马达光电材料，分子结构为结构I：

其中结构I式中的三个取代官能团Ar为如下Ar₁Ar₂Ar₃Ar₄结构中的任意一种：

其中，*为连接位置。

进一步的，包括以下步骤

a制备9-(4-溴苯基)咔唑，采用咔唑的N,N-二甲基甲酰胺溶液，并在催化剂的作用下，与溴碘苯的N,N-二甲基甲酰胺溶液反应制得所述9-(4-溴苯基)咔唑；

b制备3,6-二溴-9-(4-溴苯基)咔唑，将9-(4-溴苯基)咔唑溶解在N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，并加入N-溴代丁二酰亚胺，进行反应制得所述3,6-二溴-9-(4-溴苯基)咔唑；