中性硝基苯并螺吡喃衍生物在光/pH刺激下液液界面物理化学性质的动态调控研究

本研究针对传统光响应表面活性剂界面张力调控幅度有限的问题，通过设计中性硝基苯并螺吡喃衍生物(HSP)，在甲苯/酸性水界面实现了光/pH双重刺激响应的界面张力快速切换（30→17 mN/m）。该分子经紫外光异构化为两性离子态(HMC)并质子化为阳离子态(HMCH)后展现显著表面活性，成功应用于乳液的光控稳定化，为智能界面材料开发提供了新思路。

　　

在智能材料领域，光响应表面活性剂因其非接触式调控特性备受关注。传统偶氮苯类化合物虽应用广泛，但其顺反异构化对界面张力的影响有限（通常<5 mN/m），且分子结构中必须同时存在亲水/疏水基团。螺吡喃衍生物(SP)作为明星光开关分子，其开环态两性离子特性在pH调控下可产生更显著的电荷变化，但既往研究多集中于含亲水基团的SP衍生物。东京理科大学Arakawa团队独辟蹊径，选择无显著亲水性的中性硝基苯并螺吡喃衍生物(HSP)，系统探究了其在甲苯/酸性水界面的独特光/pH响应行为。

研究采用上升液滴法（rising drop method）监测界面张力动态变化，结合紫外-可见光谱追踪分子异构化过程。通过对比pH 1-2条件下界面张力变化幅度（Δγ=13 vs. 8 mN/m），证实质子化程度对HMCH表面活性的关键作用。乳液实验采用涡旋混合器（3000 rpm）结合原位紫外照射，通过溶液颜色变化（无色→蓝→黄）直观展示界面分子状态的实时转换。

界面张力光控切换机制
HSP在甲苯中本无界面活性（γ=36 mN/m）。紫外照射引发C-O键断裂生成两性离子态HMC，其酚氧基在酸性界面迅速质子化形成阳离子HMCH。该过程使界面张力在10秒内骤降57%（pH 1时30→17 mN/m），远超偶氮苯类化合物的调控幅度（通常<15%）。关闭紫外光源后，界面张力在120秒内恢复，与HMC→HSP的热弛豫动力学（150秒）高度吻合（图2）。

乳液光控稳定化
在pH 1条件下，紫外照射使甲苯液滴（含13 mmol/L HSP）与盐酸溶液形成稳定黄色乳液（持续数小时），而黑暗条件下乳液迅速破乳（图3）。光谱分析证实黄色来自界面吸附的HMCH，其降低界面张力（γ<20 mN/m）的能力使乳液比表面积扩大100倍以上。

该研究首次证实中性SP衍生物通过光/pH协同作用可实现"零到一"的界面活性切换，突破传统光响应表面活性剂需预设两亲结构的限制。HMCH在界面的快速吸附（<10秒）与解吸（≈120秒）特性，为开发新型光控乳化/破乳系统、微流体开关器件提供了分子基础。论文发表于《Chemistry Letters》，其发现对智能催化载体、药物控释系统的设计具有重要启示。