新型α-氨基膦酸异嗪杂合物的设计、合成及理论研究：作为DDX3X抑制剂的应用

《Journal of Molecular Structure》：Design, Synthesis, and Theoretical Study of Novel α-amino phosphonates Isatin Hybrids as DDX3X Inhibitors

本研究合成了两种TCNQ衍生物（BAMTPDQ和APMTCNQ），通过结构调控发现其光物理性质（荧光量子产率25.29%和淬灭现象）、电化学行为及热稳定性差异显著，并揭示了氢键和π-π堆积对性能的影响，为有机电子器件开发提供了新材料。

　　

阿努拉达·莫希特卡尔（Anuradha Mohitkar）、索拉夫·曼纳（Sourav Manna）和苏巴拉克什米·贾扬蒂（Subbalakshmi Jayanty）

印度特伦甘纳邦海得拉巴市贾瓦哈尔纳加尔（Jawahar Nagar），卡普拉曼达尔（Kapra Mandal）地区，皮拉尼-海得拉巴校区（Pilani-Hyderabad Campus）的比尔拉理工学院与科学学院（Birla Institute of Technology and Science）化学系，邮编500078

摘要

本文合成了四氰喹诺二甲烷（TCNQ）衍生物：一种双取代的7,7-双(4-氨基甲基四氢吡喃)-8,8-二氰喹诺二甲烷（BAMTPDQ）1，以及一种单取代的7-(N-(4-氨基苯基)吗啉)-7-氰基-8,8-二氰喹诺二甲烷（APMTCNQ）2，研究了这些衍生物在含有脂肪胺和芳香胺时结构、光物理和热性质的变化。与1相比，2在固态和溶液中都表现出吸收和发射波长的红移现象，这是由于共轭作用增强所致。蓝色发光的固态1具有较高的荧光效率（量子产率?_f约为25.29%），这得益于通过氢键形成的超分子组装和分子间的短距离接触，限制了分子运动，从而增加了刚性。相反，固态2不发光，可能是由于聚集效应导致的猝灭（ACQ）。典型的半导体带隙分别在1（约2.4 eV）和2（约1.7 eV）处观察到。在电化学方面，1, 2都经历了受扩散控制的氧化还原反应，并且具有较高的热稳定性（约280 °C）。由于生长动力学不同，1和2的滴涂薄膜表现出不同的形态特征。计算分析表明，较小的HOMO–LUMO带隙、更大的轨道离域性，以及2中不存在庞大的非平面四氢吡喃基团，有利于面间π-π堆叠，这可能促进激子耦合并增加猝灭的可能性；而1则更倾向于形成反平行的氢键结构，限制了堆叠程度，保持了发光性能。因此，1和2的光物理、电化学和热性质以及成膜能力表明它们适用于有机电子应用，如有机光伏（OPVs）、有机发光二极管（OLEDs）和液晶显示器（LCDs）等。

引言

近年来，基于有机小分子的分子材料正在推动下一代技术的发展，例如柔性电子[1,2]、疾病诊断[3]、可持续能源技术[4,5]、量子应用[6]和生物电子接口[2,7]，这些领域都需要分子设计技术。在这方面，基于TCNQ的化合物在非线性光学（NLO）[8]、光电材料[9]、传感[10]、有机发光二极管（OLED）[11]、有机光伏（OPV）[12]、钠离子和钾离子电池的负极材料[13]、抗癌剂[13]、生物成像[14]等领域表现优异。TCNQ与伯胺或仲胺反应时会发生亲核芳香取代，生成二取代或单取代的TCNQ衍生物。二取代形式称为二氨基二氰喹诺二甲烷（DADQ）。DADQs以其简单的单步合成和对结构微小变化的快速响应而著称，这可以通过精确调整胺类来实现。虽然DADQs的荧光[9,15]和NLO性质[8]已广为人知，但最近在传感[16,17]、有机光伏[18,19]、催化[20]、抗癌性质[21]和生物成像[14]方面的研究还相对较少。

含有杂环胺[9,16,21,[22], [23], [24]]、脂肪胺和脂环胺[9,20,21,24,25]的DADQs在固态和溶液中都表现出显著的荧光特性，而芳香胺[18,21,25]则不然。此外，N, N-二乙基乙二胺取代的DADQ显示出50%的绝对量子产率（?_f [23]。基于此，本文利用了含有氧基团的杂环环与脂肪胺结合的方法来合成DADQ。本研究最初选择了两种胺类：脂肪胺4-氨基甲基四氢吡喃（AMTP）和芳香胺4-氨基苯基吗啉（APM）。功能化的四氢吡喃（THPs）是多种天然产物和生物重要分子（如phorboxazole A和B、海洋毒素以及信息素[26,27]）中的关键结构单元，具有潜在的生物应用，包括体外抗癌、体内镇痛、抗过敏、抗真菌、抗菌[28]和抑制肿瘤生长[26]作用。然而，THPs的材料性质尚未得到充分探索，其光电性质也较为有限；例如，用AMTP醋酸盐处理CsPbIBr₂钙钛矿可以改善其表面缺陷，将光电转换效率从7.67%提高到10.12%；此外，AMTP通过与PbBr₂晶格的结合提供了结构刚性，抑制了诱导的相变[29]。此外，[(AMTP) PbBr₂]₂PbBr₄单晶器件表现出约10⁹ Jones的高光电导率[30]，展示了AMTP在有机电子领域的应用潜力。另一方面，APM及其衍生物也作为抗菌剂[31]、镇痛剂、抗炎剂、抗真菌剂和抗氧化剂[32], [33], [34]而闻名。据我们所知，APM在光电应用方面的研究尚不广泛，除了我们团队之前开发的基于(4-氨基苯基)吗啉-3-酮的TCNQ衍生物在固态下表现出阳离子识别能力[25]。

如上所述，关于基于THP和APM的化合物的光电性质的研究报告很少。因此，在本文中，我们合成了两种新型分子材料作为TCNQ衍生物，即7,7-双(4-氨基甲基四氢吡喃)-8,8-二氰喹诺二甲烷（BAMTPDQ）1和7-(N-(4-氨基苯基)吗啉)-7-氰基-8,8-二氰喹诺二甲烷（APMTCNQ）2，并对其进行了晶体学、光物理、计算、电化学和热重分析（TGA）研究。

材料与方法

TCNQ和4-氨基甲基四氢吡喃（AMTP）从TCI Chemicals India Pvt. Ltd购买，N, N-氨基苯基吗啉（APM）从Sigma Aldrich购买，N, N-二异丙基胺（DIPEA）从SRL Pvt. Ltd购买。整个实验过程中使用了高纯度溶剂。

合成与表征

1, 2（方案1）是通过修改现有文献[35]中的方法合成的。下面给出了1, 2的详细合成和表征过程：

结果与讨论

1和2的特性已按照第2节所述进行了全面表征。通常，在使用芳香胺合成TCNQ衍生物时，会加入催化量的吡啶以促进亲核芳香取代[18,21]，但对于2，加入吡啶后得到了单取代和双取代的TCNQ衍生物混合物，其中双取代衍生物的产量非常少，且无法分离；即使使用更高当量的APM也无法形成双取代衍生物。因此，改用了DIPEA，从而得到了单一的

结论

两种新的热稳定（约280 °C）TCNQ衍生物1和2在使用的胺类不同（脂肪胺AMTP和芳香胺APM）时表现出不同的结构、光物理和电化学性质。虽然1能够形成单晶，但2通过粉末X射线衍射观察到了晶体特征。1沿b轴方向的分子偶极子呈反平行排列，分子扭曲角度为49°。值得注意的是，氢键作用和分子间的短距离接触导致了

作者贡献

阿努拉达·莫希特卡尔（Anuradha Mohitkar）：撰写初稿、数据整理、实验研究、数据分析、方法论设计。

索拉夫·曼纳（Sourav Manna）：数据整理、实验研究、软件使用、资源调配。

苏巴拉克什米·贾扬蒂（Subbalakshmi Jayanty）：概念构思、资源协调、实验监督、结果验证、方法论设计、行政管理和组织工作、初稿撰写与修订。

数据可用性

如需获取支持本研究结果的数据，可向通讯作者提出请求。

CRediT作者贡献声明

阿努拉达·莫希特卡尔（Anuradha Mohitkar）：撰写初稿、方法论设计、实验研究、数据分析。索拉夫·曼纳（Sourav Manna）：数据整理、资源调配、软件使用。

苏巴拉克什米·贾扬蒂（Subbalakshmi Jayanty）：撰写与修订、结果验证、实验监督、资源协调、项目管理、方法论设计、数据分析、概念构思。

利益冲突声明

本文的所有作者声明没有可能影响本文研究的任何财务利益或个人关系。

致谢

S.J. 感谢比尔拉理工学院海得拉巴校区对A.M.的财政支持。同时，也非常感谢比尔拉理工学院海得拉巴校区提供的中央分析实验室（CAL）设施，以及DST-FIST资助的项目SR/FST/CS-I/2020/158(C)对比尔拉理工学院海得拉巴校区化学系的资助。S. Manna感谢Sabyashachi Mishra博士的有益讨论。本研究还利用了IIT Kharagpur的PARAM Shakti超级计算设施。