邻碳硼烷的性质与应用

碳硼烷是一类三维二十面体构型的硼簇化合物，由于碳原子排列位置不同存在邻、间、对三种异构体。其中，邻碳硼烷数量最多。邻碳硼烷因具有良好的热力学稳定性和化学稳定性及独特的几何结构、高硼含量、生物低毒性等特点，在光电材料、催化、生物医药等领域有广泛的应用。

结构与性质

邻碳硼烷是由10个硼原子和2个碳原子组成的二十面体团簇，所有的原子都通过三中心两电子键连接，并且整个分子形成了3D电子共轭，具有高的化学和热稳定性。由于邻碳硼烷具有独特的电子特性，如与碳原子结合时具有很强的电子接受能力，这是由于邻碳硼烷在C-C键上的σ*-π*共轭的缺电子性质造成的，作为一种构造发光材料的多用途组成受到关注。特别是，从含邻碳硼烷聚合物中发现了共轭分子所独有的发光行为，如聚集诱导发光、结晶诱导发光(CIE)和刺激响应发光。发现含有邻位碳硼烷单元的化合物具有抑制聚集导致猝灭的特性，同时也展示出开发刺激响应型发光材料的潜力。

根据韦德电子计数规则，邻碳硼烷有26个骨架电子，二十面体笼是稳定的。就化学反应性而言，C-H键是活性位点，由于其缺乏电子的特性，容易发生脱质子或取代反应；另一方面，邻碳硼烷可以容纳两个额外的电子，拥有28个骨架电子形成一个二价阴离子，因此，邻碳硼烷是一种优秀的电子受体。在邻碳硼烷中，碳原子显示带负电性，因此可以对邻碳硼烷进行衍生化处理，合成各种改性的邻碳硼烷功能材料，这种特殊的性质为其在药物，配位/有机金属化合物的合成提供了可能。

应用

Chujo课题组报道了一种邻碳硼烷-蒽二聚体化合物，并对其光学性能进行了研究，发现该二聚体在溶液和结晶态均表现出扭曲的分子内电荷转移(TICT)发射，二聚体呈现了LE 和ICT状态的双发射。从机理研究和理论计算表明，ICT的发射带应归因于TICT的发射。同时该二聚体具有聚集诱导发射增强(AIEE)和结晶诱导发射增强(CIEE)特性。通过X射线单晶数据分析可知，即使在晶体状态下，邻碳硼烷部分也可以旋转，从而产生TICT过程。

Zhang课题组报道了一种利用光诱导电子转移(PET)策略，开发具有激发波长依赖性(Ex-de)的有机发光材料。该二聚体在聚集态和单分子态均表现出清晰的依赖激发波长荧光颜色和双发射光谱。双发射归属于局部激发(LE)和电荷转移(CT)发射。有趣的是，邻碳硼烷衍生物的LE/CT发射峰的相对强度很大程度上依赖于激发波长，该二聚体分别在254nm、365nm和390nm激发下可以选择性发射白光、深粉色光和蓝紫色光。理论计算和实验结果表明，该化合物的多色荧光可以归因于依赖激发波长的PET过程。此外，该化合物还成功应用于黑暗环境下二维码识别和多色荧光薄膜。

参考文献

[1]纪娴,易鑫磊,赵志伟,等. 吲哚基官能化邻碳硼烷的研究[J]. 安徽工程大学学报,2024,39(3):1-7. DOI:10.3969/j.issn.2095-0977.2024.03.001.

[2]田多宏. 荧光团烷基链修饰咔唑--邻碳硼烷化合物的合成及AIE性能研究[D]. 新疆:新疆大学,2023.