日本芝浦工业大学(SIT)工程与科学研究生院的科学家团队在分子识别和传感技术领域取得重要进展。该团队成功开发出一种基于吡嗪并苯衍生物的新型电荷转移系统，能够通过显著的颜色变化实现特定分子的识别与检测。这项创新性研究成果于2025年3月25日发表在化学领域知名期刊《欧洲化学期刊》(Chemistry—A European Journal)上。

研究团队由芝浦工业大学Akiko Hori教授领衔，成员包括Kazushi Nakada和Gary James Richards博士。他们设计并合成了一种新型吡嗪并苯衍生物6,7-双{4-(二苯氨基)-苯基}-吡嗪并[2,3-b]吡嗪-2,3-二腈(化合物1)。该分子结构巧妙地将强电子供体三苯胺基团与电子受体氰基通过吡嗪并苯核心连接，实现了分子内电荷转移(ICT)和分子间电荷转移(CT)的协同作用与竞争机制。

"我们的分子设计成功实现了分子内和分子间电荷转移的竞争性相互作用，"研究团队成员Kazushi Nakada解释道，"这种独特的性质使我们的分子能够作为一种高灵敏度的传感器，通过简单的颜色变化即可检测环境中极微量的萘污染物，甚至在区分淡水和海水中的浓度差异方面也表现出色。"

实验研究显示，当化合物1与萘以1:1的比例共结晶时，会产生从绿蓝色到红紫色的显著颜色变化。研究人员通过系统的对照实验证实，这种变色效应具有高度特异性，对其他萘衍生物如八氟萘则不发生反应。热重分析(TGA)和粉末X射线衍射(PXRD)等表征手段确证了共结晶的成功形成，而密度泛函理论(DFT)计算则从理论上揭示了颜色变化的分子机制。

该系统的另一个重要特性是其出色的可逆性。研究人员发现，将变色后的紫色晶体加热至180℃时，萘分子会从晶体结构中分离，使材料恢复原始的蓝绿色。这种可逆过程表明萘分子可以反复地结合与释放，为开发可重复使用的传感材料奠定了基础。通过详细的晶体结构分析，研究团队发现这种分子识别过程主要由π-空穴···π相互作用驱动，而非传统的强氢键作用，这种较弱的相互作用力使得变色过程具有可逆性。

Hori教授在总结研究成果时指出："这项工作为开发新型无孔自适应晶体材料提供了重要的设计思路和方法。我们不仅证明了吡嗪并苯衍生物在分子识别方面的独特优势，还展示了其在环境监测和分子传感领域的应用潜力。这项突破将为开发新一代智能传感材料开辟新的研究途径。"

该技术的潜在应用不仅限于环境监测领域。研究人员表示，通过调整分子结构中的供体和受体基团，可以针对不同目标分子设计特定的传感器，在医疗诊断、工业过程控制、食品安全检测等多个领域都具有广阔的应用前景。团队目前正在进一步优化分子设计，以提高其选择性和灵敏度，并探索其在柔性电子器件中的应用可能性。

更多信息： Kazushi Nakada 等人，利用 π‐hole⋅⋅⋅π 相互作用诱导的分子内和分子间电荷转移相互作用实现萘的比色检测，《化学 - 欧洲期刊》 (2025)。期刊信息： 化学 - 欧洲期刊