分子柔性水杨醛亚胺双酯自组装体的多刺激响应性：介晶行为、光物理特性与DFT计算研究

研究人员针对多功能液晶材料的设计需求，合成了一系列新型水杨醛亚胺双酯介晶化合物（Salicylaldimine bis-esters），通过1H NMR、DSC（差示扫描量热法）和POM（偏光显微镜）等技术证实其具有互变Smectic C（SmC）和Nematic（N）相，并发现AIE（聚集诱导发光）特性。结合DFT/B3LYP理论计算，揭示了分子构型与光电性能的关联，为开发智能显示与传感材料提供了新思路。

　　

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论文解读

在智能材料领域，液晶分子因其独特的自组装能力和对外界刺激（如光、电、热）的响应性备受关注。然而，传统液晶材料往往面临功能单一、稳定性不足的瓶颈。特别是兼具发光性能与多态介晶行为的分子设计仍存在挑战。水杨醛亚胺类化合物因其激发态分子内质子转移（ESIPT）特性和光致变色潜力，成为构建多功能材料的理想候选。但如何通过分子结构调控实现介晶相与发光性能的协同优化，仍是亟待解决的科学问题。

针对这一挑战，印度国王沙特大学（原文中King Saud University）与印度巴罗达大学（The Maharaja Sayajirao University of Baroda）的研究团队合作，设计合成了一系列三环结构的水杨醛亚胺双酯介晶化合物（Salicylaldimine bis-esters），系统研究了其介晶行为、光物理特性及分子机制，成果发表于《Journal of Molecular Liquids》。

关键技术方法
研究采用Steglich酯化法合成目标分子，通过¹H/¹³C NMR、FT-IR和元素分析确认结构。介晶行为通过偏光显微镜（POM）和差示扫描量热法（DSC）表征，荧光光谱分析聚集诱导发光（AIE）效应。理论计算使用Gaussian 16软件，基于DFT/B3LYP/6-31++G(d,p)方法优化分子构型并分析电子性质。

研究结果

1. 合成与结构确认
   通过烷基化、酯化及缩合反应构建目标分子，核磁共振显示亚胺键（–CH=N–）特征峰位于8.3–8.5 ppm，证实Schiff碱结构成功形成。

2. 介晶行为分析
   POM观察发现所有化合物均表现互变Smectic C（SmC）相，十二烷氧基末端链的衍生物（D2-12）额外呈现Nematic（N）相。DSC显示随烷基链增长，SmC相稳定性提升而N相范围缩小，表明末端链长度对分子堆积有显著调控作用。

3. 光物理特性
   固态荧光测试显示典型的AIE现象，归因于分子内运动受限（RIM）效应。ESIPT过程导致450–550 nm的宽发射带，为开发荧光传感器奠定基础。

4. DFT计算验证
   优化分子构型显示近线性排列，HOMO-LUMO能隙（4.1–4.3 eV）与实验荧光数据吻合。分子静电势（MEP）分析揭示羟基氧原子为质子转移活性位点，支持ESIPT机制。

结论与意义
该研究通过精准分子设计，首次实现水杨醛亚胺双酯化合物的SmC/N多相共存与AIE特性协同调控。理论计算与实验结果的相互验证，为理解分子柔性（如烷基链摆动）与介晶稳定性的关系提供了新视角。这类材料在柔性显示、环境响应型传感器等领域具有应用潜力，尤其是其多刺激响应性（光、热、电场）为开发下一代智能器件开辟了道路。作者Vijay K. Joshi等特别指出，未来可通过引入杂环或金属配位进一步拓展功能维度。