圆偏振发光（CPL）小分子因具有精准可调的结构、明确的构效关系、易于揭示发光机制等优点成为手性发光材料领域的研究热点。研究者近年来一直致力于开发兼具高发光不对称因子（g_lum）和高发光量子产率（Φ_PL）的“双提升”新型手性分子，然而大多数手性结构的圆偏振发光（CPL）小分子衍生物面临着官能团多样性缺乏、合成步骤冗长、拆分效率低下等原因带来的规模化制备不足，进而限制了人们对其构效关系的深度研究。

二十面体碳硼烷因其独特的三维芳香结构、电子离域骨架和出色的热/化学稳定性而著称，已成为配位化学、催化化学、功能材料和光电子学的多功能结构基元。在发光系统中，它们具有的大空间位阻和缺电子结构的双重功能可以有效抑制发光基元聚集引起的发光猝灭以及调节供体--受体结构中的电荷转移，从而增强聚集态的光致发光行为。

尽管近年来碳硼烷衍生物的发光特性已经得到了广泛研究，但碳硼烷基手性发光化合物的开发及其手性特性的探索与上述挑战是一致的，圆偏振发光手性小分子的探索仍然长期受制于复杂的合成路线及缺乏高效的大规模制备方法。具体而言，具有CPL活性的碳硼烷衍生物的常规合成策略主要依赖于①手性炔烃-癸硼烷的加成反应或②过渡金属催化的不对称B-H键活化反应。这些方法需要剧毒前体癸硼烷或昂贵的催化体系，通常也需要借助手性HPLC拆分实现对映体分离，导致成本高昂、研究样本单调以及制备规模不足，进而限制了对其光电特性的综合研究。因此，开发简洁且环保的不对称合成方法以实现对光学纯碳硼烷衍生物的可扩展和多样化制备对于其光电性质和构效关系的研究至关重要。

为应对上述挑战，西安交通大学化学学院张彦峰教授、焦佼副教授联合济南大学聂永教授开发了一种高度立体选择性的手性碳硼烷衍生物的不对称合成方法。该方法采用商品化的起始材料，能够通过两步一锅法精确构建光学纯手性毗邻桥联碳硼烷衍生物，实现10克以上的规模化制备，且无需手性HPLC分离。在将共轭发色团引入该结构之后，获得了一系列性能优异的CPL活性分子。而且，将碳硼烷引入手性桥联结构中显著增强了发光化合物的Φ_PL（最大提高30%）和g_lum（最大提高至9倍），这也是首次发现碳硼烷对化合物发光行为的“双提升”现象。应用其中一种手性发光化合物，在水相中实现了对几种氨基酸的良好对映选择性荧光识别。

本研究为多种手性碳硼烷衍生物的立体选择性大规模制备提供了一种有效可行的合成路线。在光物理和手性识别中的应用突出了这种手性毗邻桥联结构的多重功能，为在高分子化学、药物化学和光电子学等领域开发手性材料提供了重要支持。

该研究成果近期以《手性毗邻桥联碳硼烷：协同可规模合成及圆偏振发光增强》（Chirality-Contiguous Bridged Carboranes: Synergistic Scalable Synthesis and Amplification of Circularly Polarized Luminescence）为题发表在国际权威期刊《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上。西安交通大学化学学院为第一单位，新概念传感器与分子材料研究院及国家储能技术产教融合创新平台（中心）为共同单位。国家储能技术产教融合创新平台（中心）博士研究生南龙飞为本文第一作者，贺佩（前沿院已毕业研究生）为共同第一作者。西安交通大学化学学院张彦峰教授、焦佼副教授以及济南大学聂永教授为本文通讯作者，参与该工作的还包括西安交通大学前沿院李鹏飞教授和分析测试中心的冯超工程师，表征及测试工作得到西安交通大学分析测试共享中心，西安交通大学化学学院测试平台和陕西师范大学化学化工学院分析测试平台的大力支持。

该工作得到氟氮化工资源高效开发与利用国家重点实验室、西安市可持续高分子重点实验室、西安交通大学团队和人才支持-青年创新团队、陕西省自然科学基础研究计划和山东省自然科学基金的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c03381

焦佼副教授课题组主页：https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/jojo4115

张彦峰教授课题组主页：https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/yanfengzhang