制造天然靛蓝合成衍生物的方法可能会启发未来的电子设备

RIKEN 的化学家开发了一种无需苛刻条件即可制造天然靛蓝染料合成衍生物的方法。这一发现可能会激发电子设备的进步，包括光响应设备和弹性生物医学传感器。

基于有机分子的半导体引起了人们的极大兴趣，因为与传统的基于硅的刚性半导体不同，它们具有柔性、延展性和轻质性，为设计半导体器件开辟了新的可能性。

有机分子还具有实现多种结构的优点。“有机半导体在分子设计方面具有灵活性，使它们能够采用新的功能，”日本理化学研究所新兴物质科学中心的 Keisuke Tajima 说，他领导了发表在《化学科学》上的这项研究。

为了探索通过分子设计增强电子功能的潜力，田岛和他的团队研究了一种与靛蓝相关的分子，称为 3,3-二羟基-2,2-联茚丹-1,1-二酮 (BIT)。“这个项目从一个简单的问题开始：质子和电子能否在固态下一致移动?” 田岛说。

质子耦合电子转移(其中电子的运动与质子的运动相关)通常被认为对于在生物系统中实现有效的电子转移至关重要。如果它可以合并到有机固态材料中，则可能会产生具有独特动态特性的半导体。然而，到目前为止，尚未证实具有质子耦合电子转移的固态材料。

Tajima 和他的团队现在发现 BIT 及其衍生物在涉及双质子转移的结构中发生了不寻常的重排，这可能赋予它们作为电子功能材料的独特功能。

Tajima 认为 BIT 及其衍生物是用于固态质子耦合电子转移的有前途的材料，因为该分子包含两个质子，这两个质子在电子转移过程中似乎处于理想的位置，可以从一个位置跳跃到另一个位置。

到目前为止，制造 BIT 需要苛刻的条件，这严重限制了可以制造的衍生物的范围。该团队的成员开发了一种室温方法，能够在更温和的条件下合成几种 BIT 衍生物。

有了 BIT 衍生物，研究小组就探索了分子的特性。“最困难的部分是证明 BIT 中的质子在固态分子之间进行质子转移，”田岛说。通过与 RIKEN 的 X 射线晶体学和固态核磁共振(NMR) 专家合作，该团队证明了两个质子确实快速交换了位置。

计算表明质子转移确实与电荷传输相结合;该团队的下一个目标是通过实验确认这种耦合。“我们不知道质子的存在是否会增强电荷传输，但作为基础物理学，它可以开辟有趣的途径，”田岛说。