极性氟化芳烃中有机荧光探针的自卷曲与聚集行为研究及其在合成大环内酯中的应用

这篇综述系统研究了含饱和脂肪链的有机荧光探针（单头探针1a-1h与双头探针2a-2e）在极性氟化芳烃（DFB/BTF/2-F-BTF）中的自卷曲（self-coiling）与聚集行为（CAgC/CExcC），通过紫外可见光谱（UV-Vis）、荧光光谱（DLS）及理论计算揭示了其与水溶液中截然不同的构象热力学规律（ΔGself-coiling），并成功应用于8-羟基辛酸（SM2a）的大环内酯化反应加速（产率55%→3%）。

　　

引言

极性氟化芳烃（如三氟甲苯BTF、二氟苯DFB）作为氟碳/碳氢两亲性溶剂，其与有机分子的相互作用机制长期未被阐明。不同于经典水溶液中的疏水-亲脂作用（HLI），本研究首次发现含饱和脂肪链的芘-1-羧酸酯衍生物在此类溶剂中呈现独特的自卷曲与聚集行为，并通过多尺度实验与计算揭示了其构象调控规律。

单头探针的聚集行为

单头探针1a-1h（含C₂-C₁₆脂肪链）在BTF中始终保持伸展的"发夹"（hatpin）构象。浓度依赖荧光光谱显示，其临界聚集浓度（CAgC=0.0367-0.0793 mM）与链长无关，但形成激基缔合物（excimer）的临界浓度（CExcC≈0.5 mM）较CAgC高一个数量级。理论计算证实该现象源于正值的构象自由能（ΔG_self-coiling>0），如1g（C₁₄）在BTF中ΔG达+19.8 kcal/mol，与水溶液（1h在H₂O中ΔG=-15.6 kcal/mol）形成鲜明对比。

双头探针的自卷曲特性

双头探针2a-2e在极低浓度（5×10^-5 mM）即显现激基缔合物荧光（λ_em=506 nm），表明自发形成"发卡"（hairpin）构象。有趣的是，2b（C₆）和2c（C₈）在BTF中ΔG_self-coiling为+12 kcal/mol，呈现hatpin构象偏好，而2e（C₁₂）则表现出强自卷曲倾向（ΔG=-19.9 kcal/mol）。动态光散射（DLS）证实2d（C₁₀）的聚集体尺寸达203 nm，远大于2a（23 nm），揭示链长对聚集的促进作用。

溶剂-溶质相互作用机制

通过分子表面静电势（ESP）分析，发现极性氟化芳烃具有"三足鼎立"（Triform）电荷分布特征，其分子间存在C-F···H-C（2.3-2.5 ?）和C-H···π（2.7 ?）等弱相互作用。单晶结构显示，BTF中邻位H与CF₃的F形成特异性接触（2.8 ?），这种"类晶体"溶剂化结构显著区别于水溶液的"冰山"有序网络，可能通过熵驱动机制影响分子构象。

大环内酯化反应加速

将上述发现应用于8-羟基辛酸（SM2a）的分子内酯化，发现其中间体Int-I在BTF中自卷曲ΔG（+3.8 kcal/mol）显著低于甲苯（+75.5 kcal/mol），反应产率提升18倍（55% vs 3%）。而11-羟基十一酸（SM2b）因环张力效应，在两种溶剂中产率相当（71-76%），说明自卷曲热力学优势需与反应条件协同优化。

结论展望

该工作建立了极性氟化芳烃中分子自组装的新范式，为氟相超分子化学（fluorous supramolecular chemistry）和绿色合成提供了理论指导。未来可通过分子动力学模拟深入解析溶剂化熵/焓贡献，并拓展至金属有机催化等领域。