J-агрегат
J -агрегат — это тип красителя , полоса поглощения которого смещается в сторону более длинноволновой волны ( батохромный сдвиг ) возрастающей резкости (более высокий коэффициент поглощения ), когда он агрегирует под воздействием растворителя или добавки или концентрации в результате супрамолекулярного самовоспламенения. -организация. [1] Краситель также можно охарактеризовать небольшим стоксовским сдвигом с узкой полосой. Буква J в J-агрегате относится к Э.Э. Джелли, открывшему это явление в 1936 году. [2] [3] Краситель также называют агрегатом Шайбе в честь Г. Шайбе, который также независимо опубликовал эту тему в 1937 году. [4] [5]
Шайбе и Джелли независимо заметили, что в этаноле хлорид красителя PIC имеет два широких максимума поглощения при длине волны около 19 000 см-1. −1 и 20 500 см −1 (526 и 488 нм соответственно) и что в воде появляется третий резкий максимум поглощения при 17500 см-1. −1 (571 нм). Интенсивность этой полосы далее возрастает с увеличением концентрации и добавлением хлорида натрия . В самой старой модели агрегации хлорида PIC отдельные молекулы сложены стопками, как рулон монет, образуя супрамолекулярный полимер , но истинная природа этого явления агрегации все еще исследуется. Анализ сложен, поскольку хлорид PIC не является плоской молекулой. Молекулярная ось может наклоняться в стопке, создавая спиральный узор. В других моделях молекулы красителя ориентируются в виде кирпичной кладки, лестницы или лестницы. В различных экспериментах было обнаружено расщепление J-полосы в зависимости от температуры, жидкокристаллические фазы были обнаружены с помощью концентрированных растворов, а CryoTEM выявила агрегатные стержни длиной 350 нм и диаметром 2,3 нм.
J-агрегатные красители встречаются с полиметиновыми в основном красителями, с цианинами , мероцианинами , скваринами и периленбисимидами . Было обнаружено, что некоторые π-сопряженные макроциклы, о которых сообщили Свагер и его коллеги из Массачусетского технологического института, образуют J-агрегаты и демонстрируют исключительно высокие фотолюминесценции . квантовые выходы [6] В 2020 году сообщалось об известном цианиновом красителе (TDBC) с повышенным квантовым выходом фотолюминесценции (> 50%) в растворе при комнатной температуре. [7]
Было показано, что молекулярные агрегаты PIC, проявляющие J-подобные свойства, спонтанно образуют шаблоны в цепи дуплекса ДНК со специфичной последовательностью. Эти J-агрегаты на основе ДНК, известные как J-биты, искались как восходящий метод самосборки J-агрегатов PIC в крупномасштабные многофункциональные каркасы ДНК. Важно отметить, что J-биты участвуют в передаче энергии, когда находятся рядом с квантовыми точками. [8] а также органические красители, такие как красители Alexa Fluor . [9] Прототипические массивы передачи энергии ДНК, основанные на конструкции молекулярных фотонных проводов, используют FRET для поэтапной передачи экситонов вниз по градиенту энергии. Поскольку эффективность FRET между двумя флуорофорами снижается с расстоянием между ними до 6-й степени, пространственные ограничения этих систем сильно ограничены. Предполагается, что интеграция J-битных реле между узлами FRET позволит частично компенсировать эти потери энергии. Теоретически плотная упаковка и жесткое выравнивание мономеров PIC обеспечивают суперпозицию переходных диполей, позволяющую экситонам распространяться по длине агрегата с низкими потерями. [10]
См. также
[ редактировать ]- H-агрегаты , в которых гипсохромный сдвиг наблюдается с низкой флуоресценцией или ее отсутствием .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Вюртнер Ф., Кайзер Т.Э. и Саха-Мёллер Ч.Р. (2011), J-агрегаты: от случайного открытия к супрамолекулярной инженерии функциональных красящих материалов . Angewandte Chemie International Edition, 50: 3376–3410. два : 10.1002/anie.201002307
- ^ Спектральное поглощение и флуоресценция красителей в молекулярном состоянии ЭДВИН Э. ДЖЕЛЛИ Nature 138, 1009-1010 (12 декабря 1936 г.) два : 10.1038/1381009a0
- ^ Природа 139, 631 (10 апреля 1937 г.) | doi : 10.1038/139631b0 Молекулярные, нематические и кристаллические состояния I:I-диэтилцианинхлорида ЭДВИН Э. ДЖЕЛЛИ
- ^ Естественные науки, том 25, номер 5, 75, doi : 10.1007/BF01493278 Полимеризация и полимерная адсорбция как причина появления новых полос поглощения органических красителей Г. Шайбе, Л. Кандлер и Х. Эккер
- ^ Об изменчивости спектров поглощения в растворах и вторичных валентностях как их причине Г. Шайбе Angewandte Chemie Том 50, выпуск 11, страницы 212–219, 13 марта 1937 г.
- ^ Чан, Джулиан М.В.; Тишлер, Джонатан Р.; Коой, Стив Э.; Булович, Владимир; Свагер, Тимоти М. (2009). «Синтез J-агрегирующих макроциклов на основе дибенз[a,j]антрацена». Дж. Ам. хим. Соц . 131 (15): 5659–5666. дои : 10.1021/ja900382r . hdl : 1721.1/74239 . ПМИД 19326909 .
- ^ Анантараман, Сурендра Б.; Кольбрехер, Иоахим; Райно, Габриэле; Якунин, Сергей; Стёферле, Тило; Патель, Джей; Коваленко Максим; Март, Райнер Ф.; Нюеш, Франк А.; Хейер, Якоб (2021). «Повышенный квантовый выход фотолюминесценции при комнатной температуре в J-агрегатах, контролируемых морфологией» . Передовая наука . 8 (4): 1903080. doi : 10.1002/advs.201903080 . ПМЦ 7887577 . ПМИД 33643780 .
- ^ Мандал, Сартак; Чжоу, Сюй; Лин, Су; Ян, Хао; Вудбери, Нил (17 июля 2019 г.). «Направленная передача энергии через J-агрегаты с шаблоном ДНК». Биоконъюгатная химия . 30 (7): 1870–1879. doi : 10.1021/acs.bioconjchem.9b00043 . ОСТИ 1507096 . ПМИД 30985113 . S2CID 115205929 .
- ^ Буле, Стивен; Савая, Николас П.Д.; Венецианец, Реми; Андреони, Алессио; Банал, Джеймс Л.; Кондо, Тору; Мандал, Сартак; Лин, Су; Шлау-Коэн, Габриэла С.; Вудбери, Нил В.; Ян, Хао; Аспуру-Гузик, Алан; Бат, Марк (февраль 2018 г.). «Программированная когерентная связь в синтетической экситонной цепи на основе ДНК». Природные материалы . 17 (2): 159–166. дои : 10.1038/nmat5033 . ПМИД 29180771 .
- ^ Банал, Джеймс Л.; Кондо, Тору; Венециано, Реми; Купайся, Марк; Шлау-Коэн, Габриэла С. (7 декабря 2017 г.). «Фотофизика J-агрегатно-опосредованного переноса энергии на ДНК». Журнал физической химии . 8 (23): 5827–5833. doi : 10.1021/acs.jpclett.7b01898 . ОСТИ 1821493 . ПМИД 29144136 .