Yifan Su,† Xiang Li,† Dexin Zheng,† Joakim Andreásson, Hong Wang, Le Yu,* Jian Chen,* Jiani Ma,* and Yu Fang. Chem. Sci., 2025, DOI: 10.1039/d5sc06627a
光笼分子和分子光开关是两类重要的有机光功能分子。光笼是指将活性基团通过化学键“掩蔽”于光敏基团，在特定波长光照下实现定时定点靶向释放。分子光开关是指通过光照调控有机分子的不同形式，从而改变体系的颜色，实现“开-关”的响应模式。邻硝基苯是经典的光笼分子单元，螺吡喃(SP)是广受关注的分子光开关。在紫外光照射下，稳定的无色SP光异构化为有色花菁(MC)形式，在可见光或热反应条件下，MC可逆转变为SP。
在本工作中，我们巧妙地融合了光笼分子和分子光开关概念，将具有金刚烷的负光致变色单元(2MC)与邻硝基苯基结合，设计了一种新的多功能光笼-光开关分子，ad-MC。首次实现了对MC的有效光控释放。该分子的多态“开关密码”可被不同波长“触发”，实现了光脱笼和光开关的“灵活”应用。由于该分子的光化学反应涉及到：双键的顺反异构、光脱笼反应和MC和SP的光致变色过程，其机理研究颇具挑战。我们通过比较研究，利用飞秒瞬态吸收光谱和激发态理论计算解析了ad-MC的光化学反应机理。该工作为设计多功能有机光功能分子提供了新的思路。
近日，陕西师范大学马佳妮教授团队在《Chemical Science》上发表题为"Tuning the photocaged spiropyran photoswitch with a sterically hindered adamantane group: releasing the stable merocyanine"的研究论文。该研究设计了一种新型螺吡喃基光开关分子ad-MC，首次实现了稳定荧光花菁染料(2MC)的光控释放，为化学生物学应用提供了新的工具。
图1. ad-MC的光化学反应路径。
稳态吸收光谱和1H-NMR分析表明：ad-MC在300 nm光照下发生trans→cis异构化；在254 nm光照下，ad-MC能够高效释放稳定的MC，其光解产率达到0.19，其在525 nm光照下转变为SP。
图2. (a) ad-MC在乙醇中的飞秒瞬态吸收（fs-TA）光谱（lex=266 nm）。(b) ad-MC光化学反应势能面（PES），基于PBE0/def2-TZVP理论水平（EtOH）计算。(c) ad-MC的光释放反应机理示意图。
飞秒瞬态吸收光谱结合理论计算揭示了ad-MC的光化学反应机制。研究表明，ad-MC的光解笼反应通过连续的氢原子转移、质子转移、环化和C-O键断裂过程。
第一作者：陕西师范大学博士研究生苏怡帆、湖南科技大学硕士研究生李想、陕西师范大学硕士研究生郑德馨
通讯作者：陕西师范大学马佳妮教授、西北大学于乐副教授、湖南科技大学陈建教授
全文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/sc/d5sc06627a
