硼氮杂TDI分子的模块化合成

Terrylene diimides (TDI) 是一种广泛应用于癌症诊疗、太阳能电池和单分子光谱等领域的重要有机染料。传统的TDI结构修饰策略主要集中在改变烷基侧链以调控堆积方式，或在共轭骨架上衍生不同取代基，而对分子稠环骨架本身的改造却很少见。B-N单元嵌入的多环芳烃 (PAHs) 因其独特的光电性能和固态相互作用而备受关注。B-N单元的引入不仅可以提高共轭骨架的氧化稳定性，还可以通过BN偶极相互作用构建独特的超分子结构。因此，将B-N单元嵌入TDI分子对于TDI分子的改性和硼氮杂多环芳烃的性能研究来说都具有重要意义。近日，北京大学的裴坚-王婕妤课题组从硼氮萘出发实现了一系列嵌入B-N单元的TDI分子 (BN-TDIs) 的模块化合成。

通过控制B-N单元的数量和排列方向，研究人员能够调控这些分子的偶极矩和光电性质。B-N单元的引入不仅改变了分子的对称性，还增强了分子间的静电相互作用。通过研究BN-TDIs的单晶结构可以发现其在固态下相较于传统TDI表现出更短的羰基-π距离，其中BNBN-TDI的羰基-π距离可缩短至3.19 Å，而TDI的羰基-π距离则为3.28 Å。更短的羰基-π距离意味着更强的分子间羰基-π作用力，这为构建新颖的超分子结构提供了可能。对分子静电势的研究发现，B-N单元中的N原子由于孤对电子填充到了B原子的空轨道上而显正电，同时羰基的氧原子由于强电负性而显负电。因此，羰基与含有B-N单元的萘片段会有更强的静电相互作用，这也解释了BN-TDIs为何具有更短的碳基-π距离。当分子内的B-N单元朝向一致时，其荧光光谱拓展到了近红外区 (> 900 nm)，这使得其在生物成像等领域具有潜在的应用价值。此外，这一系列BN-TDIs在有机薄膜场效应晶体管中表现出优异的电子传输性能，尤其是BN-TDI-S的平均电子迁移率 (0.03 cm² v^-1 s^-1) 甚至超过了传统的TDI分子 (0.017 cm²v^-1 s^-1)。