银纳米簇上的双簇-表面点击化学反应

《Small Science》：Dual Cluster-Surface Click Chemistries on Silver Nanoclusters

　　摘要

纳米团簇（NCs）独特的化学和光物理性质使其成为生物传感、催化和发光材料应用中最受研究的纳米材料之一。为此，需要开发具有针对特定应用进行调整的配体的NCs。这可以通过直接合成单个NCs或通过后合成反应来实现。团簇表面（CS）点击化学提供了一种从单一反应性NCs生成NCs库的有利途径，同时不改变团簇的核心，尽管考虑到庞大的NCs库，这方面的例子仍然很少。本文报道了两种新的叠氮化物功能化Ag20 NCs的合成和表征，并展示了它们的团簇表面Staudinger–Bertozzi连接（CS-SBL）反应性。此外，还展示了一种双重表面双点击策略，该策略首先使用CS-SBL，然后进行团簇表面应变促进的叠氮化物-炔烃环加成反应，这是一种在动力学控制下引入多种互补功能性的有前景的方法。

1 引言

纳米团簇（NCs）是一种亚纳米级材料，具有原子级精确的组成和类似分子的性质，如离散的电子态。最常用的合成NCs的贵金属是金和银，各种官能团如硫醇盐[1, 2]、膦[3]、卡宾[4, 5]和羧酸盐[7]可以用作稳定配体。在这些官能团中，银NCs（AgNCs）特别具有吸引力，因为前体的成本较低，且具有强烈的发光性和强大的抗菌性，这些性质被用于开发新型治疗剂[9]。银(I)团簇通常通过将银盐和配体在溶液中混合，并通过搅拌、溶剂热或超声波等方法提供额外的能量输入来合成[10]。还原剂或前体诱导形成阴离子作为结构导向剂[11]，影响所得AgNCs的大小、形状和稳定性[12]。最常见的模板是无机氧阴离子，它们具有不同的电荷和几何形状。碳酸根阴离子（CO32?）是最常见的模板阴离子，可以从大气中的CO2原位生成[13]。Ag(I)离子的核心可以通过自组装合成策略进一步稳定。高核数的AgNCs的发展不仅取决于无机模板，还取决于银前体、溶剂和配体类型[11]。自组装是合成结构定义的银(I)团簇的常用方法。例如，Sun及其同事[14]使用叔丁基硫醇盐和硝酸盐作为稳定配体，合成了类似鼓形的Ag20核心NCs [(CO3)@Ag20(StBu)10(DMF)6(NO3)8]。这种团簇可以通过用更强配体的弱结合硝酸盐替换来进一步转化。Zang及其同事[15]探索了这种壳-配体硝酸盐替换方法，他们使用苯甲酸、铁茂酸和阿雷斯塔汀等羧酸替换了[(CO3)@Ag20(StBu)10(DMAc)4(NO3)8]上的所有8个硝酸盐，引入了新的功能性，如荧光或电化学活性。我们小组之前的工作集中在使用m-和p-叠氮苯甲酸配体制备CO3@AgNCs [(CO3)@Ag20(StBu)10(CO2-m/p-C6H4-N3)8(DMF)4] [16]，我们证明了叠氮化物可以参与团簇表面应变促进的叠氮化物-炔烃环加成（CS-SPAAC）反应，在不改变Ag20NC核心结构的情况下引入新的功能性。Rück及其同事[17]将这种SPAAC反应应用于将DNA稳定的Ag16 NC与三种不同的肽共轭。这种NC的后合成修饰是通过添加带有悬挂官能团的配体来实现的。He等人的其他工作展示了通过醛亚胺缩合在高产率下向Ag21NC引入手性[18]。进一步开发在团簇表面可用的化学工具箱对于扩展可以进行的转化的范围、选择性和复杂性是必要的。Staudinger–Bertozzi连接（SBL）是一种生物偶联方法，通过酰胺键的形成创建共价链接[19]。这种生物正交点击反应最初由Bertozzi及其同事[20]报道，使用处理过的叠氮糖和生物素化的膦与甲基酯亲电捕获剂。SBL的反应动力学较慢，可以通过释放发光探针或形成膦氧化物来实时量化系统[21]。SBL所需的膦基试剂的合成步骤比应变炔烃少，并且可以轻松修改以在酯位点或芳香环上引入不同的基团。Staudinger–Bertozzi连接的应用包括药物化学和体内标记[22]。由于其化学选择性和稳定的酰胺键的形成，SBL的应用也出现在材料科学中，例如纳米粒子和聚合物的功能化[23]。通过31P{1H} NMR光谱和X射线光电子光谱（XPS）展示了三芳基膦功能化金纳米粒子[23]与叠氮化物的界面SBL。使用类似的方法，通过SBL实现了从金纳米粒子中控制释放罗丹明B[24]，以及在AuNP表面进行双点击反应[25]。到目前为止，SBL尚未在Ag或Au NCs中得到展示。在这项工作中，通过一步合成方法使用3,5-叠氮苯甲酸和4-(叠氮甲基)苯甲酸获得了两种新的含叠氮化物的Ag20NCs，并展示了它们的后合成功能化。选择3,5-叠氮苯甲酸作为配体是因为与单叠氮化物配体相比，它具有更多的反应位点；选择苯基位置的叠氮化物配体预期可以增加SBL的反应速率[26]。首次在AgNC上展示了团簇表面Staudinger–Bertozzi连接（CS-SBL）作为另一种类型的团簇表面（CS）生物正交点击化学（CS-BCC）。由于每个AgNC携带多个叠氮化物，还展示了SBL和SPAAC的组合进行双重点击反应。使用在NC上具有多个叠氮化物基团的配体，可以通过不同的互补CS-BCC反应伙伴或通过两个不同的CS-BCC反应来添加多功能性。报道了两种新的NC，包括3,5-叠氮苯甲酸衍生的[(CO3)@Ag20(StBu)10(3,5-N3-C6H3COO)8(DMAc)4]（1–d）和4-(叠氮甲基)苯甲酸（苯基叠氮）功能化的[(CO3)@Ag20(StBu)10(p-(N3-CH2)-C6H4COO)6(NO3)2(DMAc)4]（1–b）。重要的是，使用1–d和1–b团簇以及p-叠氮苯甲酸衍生的AgNC 1–p展示了CS-SBL和双重点击反应（SBL?+?SPAAC）的概念验证（图1）。

2 结果与讨论

在整个文本中，缩写用于指特定的Ag20 NCs。使用3,5-叠氮苯甲酸作为配体合成的NC称为1–d（d代表di）。当配体是4-(叠氮甲基)苯甲酸时，NC被称为1–b（azide位于苯基位置），而携带4-叠氮苯甲酸作为配体的团簇被称为1–p（p代表para）。Ag20NC 1–b和1–d的合成使用了之前报道的协议的修改版本[15]。简而言之，将叔丁基硫醇盐和银硝酸盐溶解在DMAc:ACN或DMF:ACN中；在银前体完全溶解后，向溶液中加入配体，然后在2天内缓慢蒸发溶剂以获得单晶。分别使用3,5-叠氮苯甲酸和4-(叠氮甲基)苯甲酸作为1–d和1–b的封端配体。配体的合成根据之前在补充信息中详细报道的协议进行。1–b和1–d团簇的一些优点是它们可以以可扩展和可用的数量获得，通常在100 mg以上的规模，颜色为无色块状晶体，产率超过75%，并且在正常实验室条件下不到3天内完成。FT-IR（图S1-S3）用于确认1–d和1–b团簇中配体中存在叠氮化物官能团。对于1–d团簇，叠氮化物的不对称伸缩位于2112 cm?1，对于1–b团簇位于2086 cm?1。1H和13C{1H} NMR光谱分析（图S4–S8）（1–b和1–d团簇）提供了关于团簇组成的见解。1–d的1H NMR光谱显示在7.59 ppm处有一个双峰，在6.72 ppm处有一个三峰，对应于羧酸配体的芳香质子。叔丁基硫醇盐（StBu）信号出现在1.73 ppm处，协调溶剂信号（DMAc）也可以在3.02 ppm、2.95 ppm和2.09 ppm处观察到。1–d的芳香质子：DMAc：StBu的积分比与八个羧酸配体、四个协调溶剂分子和十个叔丁基硫醇配体的组成一致，即24个芳香质子（16 + 8）、36个溶剂质子（12 + 12 + 12）和90个StBu质子。结构通过单晶X射线衍射（SCXRD）得到确认。可以对1–b团簇进行类似的1H NMR光谱分析（图S6），在芳香区域可以找到两组双峰，对应于羧酸配体的芳香质子。在4.42 ppm处的一个单峰对应于苯基氢，也可以观察到溶剂信号（DMAc）。从DMAc:ACN溶剂混合物中获得的1–b团簇有六个羧酸配体，而不是1–d的八个；位于鼓形核心顶部和底部的两个硝酸基团为这个六取代系统提供了额外的稳定性。为了获得八取代版本的1–b团簇，还使用DMF和ACN的1:1混合物进行了合成。回收的晶体在氯仿中的溶解度增加，1H NMR共振的积分（图S8）支持形成了带有八个羧酸配体的八取代团簇。由于样品不均匀性和晶体质量差，无法通过SCXRD获得这种NC的合适结构描述；因此，我们没有继续研究这个衍生物。StBu信号的分析几乎在相同的化学位移（1.67 ppm处的单峰）下进行，无论是使用DMF还是DMAC作为溶剂合成的1–b团簇。使用不同的区域异构体如p-叠氮苯甲酸（1.66 ppm处的单峰）和m-叠氮苯甲酸合成的Ag20 NC也观察到了类似的StBu共振行为[16]。1–b和1-d之间的比较表明，StBu共振受到叠氮配体性质的影响，1–b的StBu共振略微向高场移动，为1.67 ppm，与1–d的弱电子抽取一致。

图1
(a) NC的Ag20核心的分子结构（为了清晰省略了羧酸配体）(b) [(CO3)@Ag20(StBu)10(3,5-N3-C6H4COO)8(DMAc)4]（1-d）的侧视图和正面视图（为了清晰省略了顶部和底部的羧酸）(c) [(CO3)@Ag20(StBu)10(p-(N3-CH2)C6H4COO)6(NO3)2(DMAc)4]（1-b）的侧视图和正面视图（为了清晰省略了顶部和底部的硝酸盐）。在室温下缓慢蒸发溶剂2天后获得了适合SCXRD分析的单晶。1–d以无色棱柱体形式结晶，属于三斜空间群P?1（图1b），具有十个桥接的StBu配体的Ag20核心，类似于之前描述的团簇（图1a），中心有一个作为模板的碳酸根离子[14, 15]。样品晶体是非对称孪晶，其孪晶分数精炼为0.4139(6)；结构显示出多种无序以及高度无序的溶剂。Ag(I)---Ag(I)距离范围从2.9553(9) ?到3.3700(2) ?，表明存在吸引性的银亲和相互作用[27]，Ag–S键距离范围为2.4001(19) ? – 2.6400(2) ?。1–b获得的晶体也属于三斜空间群P?1（图1c）。Ag–S键距离范围从2.388(4) ?到2.6442(19) ?，而Ag(I)---Ag(I)距离范围从2.9225(14) ?到3.327(12) ?。分子结构显示出几种无序：对于这类化合物来说，模板CO32?阴离子在晶体对称中心是无序的，硝酸根阴离子在两个方向上也是无序的。1–b和1–d簇的核心具有相同的组成，并且彼此之间的键长相似。这些特征也与之前描述的1–p簇相似，后者具有用p-叠氮苯甲酸装饰的表面[16]，以及八取代的硝酸盐簇[14]，这证实了配体取代对这类簇核心大小的影响很小。除了在合成过程中使用的不同配体外，另一个关键区别在于每个簇中存在的羧酸配体数量。在1–d簇中，所有八个硝酸根离子都被羧酸配体取代，而1–b簇中只有六个羧酸配体，还有两个硝酸根离子保留在结构中。使用XPS进一步表征了这些簇以及随后的CS-BCC反应。1–d簇的扫描光谱（图S9a）显示了预期的元素碳、氧、氮、硫和银；大多数成分的原子百分比与簇的分子式相符，除了C 1s峰是由于数据收集过程中叠氮基团的降解而产生的。还收集了每个元素的高分辨率光谱（图S9a）；从O 1s和C 1s的高分辨率光谱中可以观察到与羰基、羧酸基和硫醇基相关的成分。Ag 3d5/2的结合能为368.8 eV，Auger参数的值（表1）表明核心中存在氧化银[28]。S 2p3/2的结合能为162.9 eV，这与银等金属表面的硫醇基一致[29]。1–d的高分辨率N 1s光谱（图2b）被拟合为三个成分，其中两个成分（404.4 eV和400.9 eV）归因于叠氮基团。1–b簇的扫描光谱（图S10a）的分析确认了材料中不存在杂质，并获得了每个元素的高分辨率光谱（图S10）。1–d的高分辨率Ag 3d光谱被分解为Ag 3d5/2和Ag 3d3/2两个成分，这些峰的半高宽（FWHM）和自旋-轨道分离均为6.0 eV[28]。Auger参数的分析（表1）与氧化银的存在一致；例如，Ag20核心是通过银前体的Ag(I)离子的自组装过程形成的。1–b簇的高分辨率O 1s光谱被拟合为三个成分。

(a) 图表展示了在1–d簇上发生的CS应变促进的炔-叠氮环加成（CS-SPAAC）反应。1–d的N 1s高分辨率光谱分别为404.4 eV和400.9 eV，对应于N3；399.4 eV对应于N-C。这些叠氮-NC可以添加到Ag20 NC库中，用于进行不同的CS-BCC反应。在这项工作中，分别用1–d和1–b两个簇测试了两种不同的点击反应作为概念验证。使用模型炔内环[6.1.0]non-4-yn-9-ylmethanol（BCN）进行的CS-SPAAC（应变促进的炔-叠氮环加成）产生了相应的三唑产物1–d–SPAAC（图2a）和1–b–SPAAC（图3a）。选择内环BCN而不是外环BCN是因为它在SPAAC反应中稍微更活泼，且只使用了一种类型以简化光谱表征。通过FT-IR光谱监测反应的进展，其中叠氮基团的伸缩峰在2100 cm?1处的强度逐渐减弱，直到在最终产物中无法检测到。尽管多次尝试重结晶，但仍未能获得适合SC-XRD分析的合适晶体。因此，使用NMR、XPS和XAS来确认点击产物的组成。对起始NC和点击产物的XPS高分辨率N 1s光谱的详细分析证实了表面修饰的成功。图2和图3显示了1–d、1–b及其点击产物的高分辨率N 1s光谱。CS SPAAC反应（1–b + BCNendo）后，扫描光谱（图S11）和N 1s高分辨率光谱（图3c）的变化证实了反应的进行。O 1s高分辨率光谱被拟合为两个成分，其中531.1 eV的成分归因于羧酸基团。532.4 eV的成分可能归因于DMAc中的C=O和BCN-OH中的羟基。N 1s高分辨率光谱（图3c）中的宽信号可以拟合为两个成分，结合能为401.0 eV和399.6 eV[36]，其积分面积比为三唑基团中的三个氮原子。点击反应成功的另一个证据是404.4 eV处叠氮基团的消失。点击产物的FT-IR光谱（图S2）显示了叠氮基团在点击反应中的消耗。1–b + BCNendo的1H NMR光谱（图S12）显示苯基质子在CDCl3中的4.42 ppm处向DMSO-d6中的6.64 ppm处发生位移，这归因于三唑的形成，信号的积分表明反应已完成。

(b) 图表展示了在1–b簇上发生的CS应变促进的炔-叠氮环加成（CS-SPAAC）反应。1–b的N 1s高分辨率光谱分别为406.3 eV（归因于硝酸根）和404.4 eV（归因于N3），399.4 eV归因于N-C。使用相同的光谱技术对CS SPAAC反应（1–d + BCNendo）产物进行分析，结果显示叠氮基团完全消耗并形成了三唑。点击产物的FT-IR光谱显示叠氮基团的伸缩峰消失，以及在3300 cm?1处出现的新宽信号，与BCN应变炔上的-OH相关。1–d + BCNendo的1H NMR光谱（图S13）显示芳香质子在羧酸配体处的位移，这归因于三唑的形成。点击产物的XPS N 1s高分辨率光谱（图2c）显示叠氮峰的消失，以及在401.5 eV和399.9 eV处出现的新信号，与三唑基团中的氮原子一致。额外的XPS分析（图S14）进一步证实了CS–SPAAC反应。表1显示了初始NC和点击产物的结合能和Auger参数。

扩展CS-BCC的范围，使用2-二苯基膦基苯甲酸甲酯作为模型膦，对叠氮化的1–b、1–d和1–p簇进行了Staudinger–Bertozzi连接（SBL）反应（方案1）。在SBL反应中，叠氮基团与磷中心反应生成亚氨基膦中间体，该中间体随后与羰基反应通过酰胺键形成连接，连接产物上存在膦氧化物。CS–SBL反应在每个簇的60 mg规模上进行，与过量的SBL膦在CH2Cl2中反应，并加入H2O，搅拌过夜。次日通过离心在CH2Cl2/己烷混合物中分离出CS–SBL点击产物。XPS和31P{1H} NMR光谱分析确认SBL反应发生在CS上。点击产物1–b–SBL的XPS扫描光谱显示了预期的元素（Ag、C、S、O、P、N）且无杂质（图S15a）。P 2p高分辨率光谱被拟合为四个成分（两种物种）。P 2p3/2和P 2p1/2的双峰具有2:1的峰面积比，相同的FWHM和0.86 eV的峰分离。P 2p3/2峰在132.1 eV[23]可以归因于P=O，额外的峰在131.0 eV可能与系统中不稳定的配位膦和其他含磷物种相关。S 2p3/2峰在162.0 eV与银等金属表面的硫醇基一致[29]。O 1s高分辨率光谱被拟合为三个成分，具有相同的FWHM；拟合显示532.0 eV处的成分面积增加，这与点击反应后形成的额外酰胺和P=O有关。N 1s高分辨率光谱（图4a）被拟合为单个成分，位于399.8 eV（N-C），其强度与点击产物中减少的氮量相关。仅含有一个叠氮基团和一个甲基的1–b–SBL系统是分析CS反应的良好模型，其中苯基质子信号的多重性从单峰变为双峰，这是由于与酰胺基团的N-H耦合。1–b–SBL系统的1H NMR光谱显示芳香质子在9.13 ppm和4.15 ppm处，这是酰胺形成的证据。在芳香区域发现的四组双峰对应于连接和未连接的羧酸配体的芳香质子。1.63 ppm处的宽信号可以归因于叔丁基硫醇的质子，这些配体有助于保持Ag20核心的稳定性。由于三芳基膦中的芳香质子信号重叠，信号的准确积分较为复杂。然而，关注重叠较少的NMR区域，羧酸配体和硫醇配体的质子积分与NC描述一致，支持簇核心在连接过程中保持完整。在1–b–SBL系统中观察到的31P{1H} NMR共振位于30.7 ppm（图4c），归因于连接产物中形成的P=O。SBL反应速率可能受溶剂极性、膦取代基和叠氮基团结构的影响[26]。例如，在反应的最后一步（水解步骤），连接产物的产率受膦酯基团的立体效应影响。当酯基团的立体要求较高时，叠氮基团的水解会产生连接产物（酰胺）和水解产物或Staudinger产物[26]；在后一种情况下，膦氧化物不包含在分子中。簇1–d和模型膦也发生了反应，其中配合物1–d–SBL在31P{1H}核磁共振（NMR）谱中显示出30.7 ppm处的共振峰（图4f）。1H NMR（图S17）显示在1.58 ppm处有一个宽信号，该信号被归属于叔丁基硫醇盐；芳香区域信号的准确归属较为复杂，但在10.59 ppm处的信号反映了酰胺的形成；值得注意的是，在3.64 ppm处有一个宽信号，这表明水解步骤也产生了胺作为产物，这一点后来通过对更简单系统1–p的分析得到了证实。部分叠氮基的消耗通过红外（IR）伸缩峰的减弱得到了确认。N 1s高分辨率XPS谱的拟合分析（图4d）显示在401.0 eV和399.5 eV处有信号，这些信号与酰胺、胺和叠氮化物降解产物中的C–N和=N-键相关；397.3 eV处的峰表明了P-N [37]相互作用的存在，这证实了SBL中间体在碳纳米片（CS）上的稳定性。P 2p高分辨率XPS谱的分析（图4e）确认了P = O的存在。系统1–d–SBL的额外XPS谱显示在图S18中。

1–b–SBL配合物的表征包括：(a) N 1s高分辨率谱；(b) P 2p高分辨率谱；(c) 31P{1H} NMR谱；(d) N 1s高分辨率谱；(e) P 2p高分辨率谱；(f) 31P{1H} NMR谱；以及(g) N 1s高分辨率谱；(h) P 2p高分辨率谱；(i) 31P{1H} NMR谱。1–p的XPS分析（图S19）显示了反应后P的添加，以及NC中存在的其他元素（Ag、C、S、O、N）。P 2p高分辨率谱（图4h）在132.9 eV处有一个峰，与P = O相关；N 1s高分辨率谱（图4g）以及傅里叶变换红外（FT-IR）谱中的399.5 eV和400.8 eV峰也证实了叠氮基的消耗（图S3）。1–p–SBL的1H NMR谱（图S21）在芳香区域显示了6个明显的双峰，这些峰被归因于SBL反应不同阶段的三种配体：未反应的叠氮基、Staudinger产物和Staudinger–Bertozzi配合物。这些峰的相对积分显示，平均有2.5个叠氮基在反应后仍未反应，而剩余的5.5个配体中有3个水解形成了胺，2.5个形成了膦氧化物产物。长达5天的反应时间并未显示出配位程度的显著差异，表明在CS上的进一步反应不是由于反应动力学缓慢所致。1H NMR谱的结果与31P{1H} NMR谱的结果一致，后者在30.7 ppm处显示了一个峰，对应于膦氧化物（图4i）。IR光谱分析进一步支持了簇表面部分反应的结论，观察到叠氮基不对称伸缩频率在2113 cm–1处的强度减弱（图S3）。与小有机分子相比，1–b、1–d和1–p在NC表面的CS-SBL反应进行得更慢，未达到完全反应。尽管含有苄基叠氮基的簇1–b预计会比含有苯基叠氮基的簇1–d反应更快（[26]），因为苄基的电子供体效应，但CS上的配位仍需要较长的反应时间，通常需要在室温下搅拌过夜。对系统1–d和1–p的分析表明，水解步骤产生了胺的形成（Staudinger产物），而芳香叠氮基促进了SBL中间体的稳定性，防止了它们的水解。考虑到三芳基基团引入的立体阻碍以及SBL本身的缓慢动力学，预计会有未完全转化的情况。为了促使反应完成，混合物被搅拌了几天。然而，这种长时间的暴露导致了NC的变化，可能是由于磷与银簇核心之间的相互作用，这一点通过31P{1H} NMR谱中12.60 ppm处的宽信号得到了证实。通过使用非叠氮基功能化的簇（苯甲酸-Ag）进行SBL反应并使用与Ag20-N3相同的条件纯化，证实了这一现象。产物31P{1H} NMR谱（图S22）显示在12.4 ppm处有一个宽信号，归因于Ag-P相互作用，而在31.0 ppm处有一个小信号，归因于模型膦的氧化形式。在AgNC上存在多个叠氮基的一个好处是，它可以在一个NC上执行两次或更多的CS-BCC反应。在本例中，NC表面Staudinger–Bertozzi配位后未反应的叠氮基的存在为研究这些双重点击反应（方案1）以及基于不同反应速率的修改提供了机会。为了针对CS-SBL后的剩余叠氮基，将点击化学SPAAC伙伴BCN引入反应混合物中，利用了SPAAC反应的快速动力学和较低的立体需求。簇1–d、1–b和1–p与模型膦在同一个容器中反应过夜，然后加入BCN；纯化过程通过己烷沉淀完成。获得的SBL-SPAAC产物的溶解度降低。这些双重点击产物的NMR信号的完整归属和积分很复杂，但1–d–SBL–SPAAC（图S23）、1–b–SBL–SPAAC（图S24）和1–p–SBL–SPAAC（图S25）的1H-NMR谱显示与膦和BCN相关的共振峰。

1–d–SBL–SPAAC（图S29）和1–b–SBL–SPAAC（图S30）的XPS分析显示了这些样品不同组成的原子百分比变化；例如，1–b–SBL–SPAAC的 survey谱得到的值与三个配体参与SBL配位以及SPAAC反应形成了三个三唑环的簇一致。这一归属与NMR谱中苯甲基质子的积分相符。额外的元素C、P、N、O、S和Ag具有预期的结合能，Auger参数的分析提供了与母簇和一次点击系统相似的值。对这个双重点击产物的进一步分析使用了XAS，其中Ag K边的傅里叶变换扩展吸收光谱（FT-EXAFS）（图S31–S32）显示的键散射路径与初始簇1–d、1–b和1–p相似。尽管由于银羧酸盐的不稳定性，尝试提供有关初始簇1–b、1–d、1–p的分子组成的额外信息时出现了广泛的碎片化，但通过ESI-MS的分析仍能将质谱中的一些峰分配给预期的配体片段，如表S1所示。预期的配体片段表明了SBL配合物、Staudinger产物和三唑的形成。通过不同的光谱技术成功证明了Ag20NC上的配体与点击伙伴之间的反应。然而，为了探究配体环境变化对NC核心的影响，需要进一步的研究。因此，使用同步辐射XAS在原子尺度上探究了NC的结构。Ag K边的分析提供了电子性质和元素特定局部结构环境的洞察。Ag K边的FT-EXAFS谱显示了NC 1–b、1–d、1–p及其点击产物（SPAAC和SBL）的FT-EXAFS谱（图5）。定性检查谱图显示有两个主要峰，大约1.9 ?处的峰是由于Ag–S键，大约2.8 ?处的峰来源于Ag–Ag键。这些峰的强度比Ag箔谱中的峰要低，这可能与NC的大小和Debye-Weller因子有关。

图5显示了Ag K边的XAS谱及其XANES区域插图：(a) 1-b和点击产物；(d) 1-d和点击产物；(g) 1-p和点击产物。Ag K边FT-EXAFS在K空间和R空间的显示（b) (c) 1-b和点击产物；(e) (f) 1-d和点击产物；(h) (i) 1-p和点击产物。Ag K边XANES区域（图5a,d和g）的分析显示白线的强度较高（约2.5 eV），这与AgNCs中d空穴数量的增加有关。FT EXAFS峰（图5c,f和i）在R空间中的1.9 ?和2.8 ?处对应于Ag-S和Ag–Ag键的光电子波的散射路径。从定性角度来看，可以确定Ag–Ag键的散射路径没有显著改变，这表明CS点击反应没有干扰核心的完整性。此外，通过SBL和SPAAC反应对羧酸配体的修饰显示Ag–S键的散射路径略有减小，对于1–b–SPAAC约为0.01 ?，对于1–b–SBL约为0.03 ?。这种变化表明膦基团的添加促进了Ag–S键的轻微收缩，这种效应可能与新的配体相互作用有关，例如芳香环之间的非共价相互作用和酰胺基团的氢键。作为比较，已经报道了使用不同极性的溶剂溶剂化NCs后的结构变化[38, 39]。应用XAS评估表面修饰后的簇完整性被证明是一种强大的表征技术，可以结合S K边的分析来进一步研究硫醇盐NCs。

3 结论
在这项工作中，报道并表征了两种新的叠氮基功能化的Ag20 NCs（1–b和1–d），通过SCXRD进行了研究。这些簇具有碳酸盐模板、叔丁基硫醇盐配体以及叠氮基功能化配体（对氨基甲基苯甲酸和3,5-二叠氮基苯甲酸），从而扩展了能够进行CS–click化学的叠氮基修饰Ag20NC的库。合成后，这些簇通过点击化学进行了CS功能化。除了CS–SPAAC之外，CS–点击反应的范围还扩展到了使用无痕量的Staudinger–Bertozzi配位（CS–SBL）对Ag20NC进行CS修饰，这是SBL介导的NC功能化的第一个例子。确认了CS–SBL反应可以部分实现，但CS上的立体阻碍限制了水解步骤或促进了Staudinger产物的形成。延长反应时间促进了Ag-P相互作用，这可能会改变配体的化学计量比或生成不同大小的AgNC。Ag20NC上含有多个叠氮基配体（实际上每个配体上有多个叠氮基）允许进行双重反应性BCC，涉及CS–SPAAC和CS–SBL，突显了它们进行顺序反应性的潜力，从而实现了引入多个功能团的双重点击功能化方法。除了通过FT–IR确认叠氮基的反应性和成功的配体修饰外，还使用XAS检查了点击反应后簇核心的结构完整性。这项工作为通过点击化学进行CS功能化提供了新的视角，整合了配体化学变化的分析和Ag–Ag散射路径的分析。所采用的表征技术组合在提供有价值的结构信息方面非常有效，特别是在获得合适晶体具有挑战性时。这种方法为引入新的功能团提供了一种直接策略，同时保持了NC的大小，从而扩展了这些系统的潜在用途。这种方法的局限性在于可能会形成点击加合物的混合物，需要额外的纯化步骤来获得纯产物。

4 实验部分
4.1 试剂和仪器
3,5-二氨基苯甲酸和亚硝酸钠购自Caledon。乙腈（ACN，HPLC级）、二甲基乙酰胺（DMAc）、苄溴化物和叠氮化钠购自Sigma–Aldrich。硝酸银、4-(溴甲基)苯甲酸和无水硫酸镁购自Fisher Chemical。三乙胺购自EDM Millipore。常见的实验室溶剂（乙酸乙酯和二氯甲烷（DCM）来自Fisher Chemical和Sigma–Aldrich。所有试剂和溶剂均按接收状态使用，无需进一步纯化。根据文献程序[40]合成了叔丁基硫醇银。1R,8S,9s-双环[6.1.0]非-4-炔-9-基甲醇（endo-BCN）也是根据文献程序[41]制备的。红外光谱是在PerkinElmer Spectrum Two FT-IR光谱仪上收集的，波长范围为500–4000 cm?1。1H、31P{1H}和13C{1H}核磁共振光谱是在Bruker 400 MHz光谱仪上使用的，溶剂分别为CDCl3或DMSO-d6。1H核磁共振中观察到的峰的多重性被分别标记为单峰（s）、双峰（d）、三峰（t）、四峰（q）、多重峰（m）或宽峰（br）。紫外-可见光吸收光谱是在CARY 100光谱仪上获得的。X射线光电子能谱（XPS）分析使用的是Kratos Supra仪器，X射线源为单色Al Kα（15 mL，15 kV）。仪器的功函数经过校准，使得金属金（4f7/2）的结合能为83.96 eV，而金属铜（Cu 2p3/2）的结合能为932.62 eV。低分辨率光谱的采集参数为透射能量160 eV、步长1 eV；高分辨率光谱的采集参数为透射能量20 eV、步长0.1 eV。电荷校正和校准是通过将C1s光谱的主峰能量设定为284.8 eV来完成的。光谱数据的处理使用了CasaXPS软件版本2.3.24PR1.0，并采用了Shirley背景模型。银（Ag）K边X射线吸收光谱（XAS）是在加拿大光源（Canadian Light Source）的硬X射线微分析光束线上收集的。样品以粉末形式固定在Kapton胶带上，测量在大气压下进行。数据处理的软件是Athena [42]，使用的k范围为3–11 ??1。电喷雾质谱（ESI-MS）分析使用的是Orbitrap Exploris 120质谱仪，离子化源为HESI，离子转移管温度为250oC，鞘气流量为3.74 L/min，辅助气体流量为6.19 L/min，喷雾电压分别为3400 V和2500 V，蒸发器温度为50oC。

4.2 3,5-二氮苯甲酸（3,5-N3-C6H4COOH）的合成
3,5-二氮苯甲酸的合成方法是基于先前发表的文献中的改进版本[43]。在250 mL烧杯中，将3,5-二氨基苯甲酸（5.0 g，33.0 mmol）溶解在40.0 mL 6.0 M HCl中。溶液在冰上冷却后，在暗处搅拌。随后逐滴加入NaNO2溶液（10.0 g，140.0 mmol，溶于30.0 mL H2O中），形成橙色溶液。橙色悬浮液搅拌20分钟后，再逐滴加入NaN3溶液（6.7 g，100 mmol，溶于30.0 mL H2O中）。每次加入都会产生大量泡沫。继续搅拌30分钟后，过滤溶液，得到的红色固体用水洗涤后溶解在二氯甲烷（DCM）中。用水提取水相中的多余产物（三次，每次70.0 mL DCM）。合并的有机相用无水硫酸镁干燥后过滤，通过旋转蒸发去除溶剂，最终得到红棕色粉末。粗产物通过快速柱层析（洗脱剂CHCl3:MeOH 9:1）纯化，得到米色粉末。产率为5.83 g（>87%）。1H核磁共振（1H NMR，DMSO-d6，400 MHz）谱图显示：δ（ppm）13.53（b，1H，OH），7.37（d，4JHH = 2.1 Hz，2H，Ar H），7.08（t，4JHH = 2.1 Hz，1H，Ar H）。13C{1H}核磁共振（13C{1H} NMR，DMSO-d6，400 MHz）谱图显示：δ（ppm）165.74，141.62，130.73，116.01，113.96。傅里叶变换红外光谱（FT-IR，ATR）显示：氮氮双键伸缩振动峰位于2119 cm?1。

4.3 对氨基甲基苯甲酸（p-azidomethyl Benzoic Acid，p-(N3-CH2)-C6H4COOH）的合成
对氨基甲基苯甲酸的合成方法是基于先前发表的文献中的改进版本[24]。在30.0 mL三氯乙腈（ACN）中，将4-(溴甲基)苯甲酸（400 mg，4.65 mmol）和NaN3（400 mg，6.15 mmol）混合后加热至85°C并回流14小时。通过旋转蒸发去除溶剂。然后加入DCM和水的混合液（1:1）以萃取未反应的叠氮化钠。水层用1 M HCl酸化至pH 2后，用DCM萃取产物。收集的有机相用无水硫酸镁干燥并过滤。蒸发溶剂后得到白色固体。产率为0.659 g（80.1%）。1H核磁共振（1H NMR，DMSO-d6，400 MHz）谱图显示：δ（ppm）13.03（s，1H，OH），7.96（d，3JHH = 8.4 Hz，2H，Ar H），7.48（d，3JHH = 8.4 Hz，2H，Ar H），4.57（s，2H，CH2）。

4.4 [(CO3)@Ag20(StBu)10(3,5-N3-C6H4COO)8(DMAc)4] (1-d) 的合成
在100 mL烧杯中，将AgNO3（50.0 mg，0.294 mmol）和[AgStBu]n（57.4 mg，0.291 mmol）溶解在DMAc:ACN（1:1）混合液中，超声处理直至反应物完全溶解，得到无色溶液。然后加入3,5-二氮苯甲酸（48.2 mg，0.236 mmol）粉末。再加入三乙胺（10 μL），混合物略微变黄，缓慢蒸发2天后形成无色块状晶体。晶体用ACN（三次，每次2 mL）洗涤。产率为127.0 mg（84.9%）。
4.2 3,5-二氮苯甲酸（3,5-Diazidobenzoic Acid, 3,5-N3-C6H4COOH）的合成
3,5-二氮苯甲酸的合成方法是根据先前发表的文献中的一个改进版本[43]进行的。在250毫升的烧杯中，将3,5-二氨基苯甲酸（3.5克，33.0毫摩尔）溶解在40.0毫升的6.0摩尔/升盐酸（HCl）中。溶液在冰上冷却，并在黑暗中搅拌。接着逐滴加入硝酸钠（NaNO2）溶液（10.0克，140.0毫摩尔，溶于30.0毫升水中），形成橙色溶液。橙色悬浮液搅拌20分钟后，再逐滴加入硝酸钠胺（NaN3）溶液（6.7克，100.0毫摩尔，溶于30.0毫升水中）。每次加入都会产生大量泡沫。继续搅拌30分钟后，过滤溶液，得到的红色固体用水洗涤并溶解在二氯甲烷（DCM）中。再用DCM从水相中提取多余的产物（三次，每次70.0毫升）。合并的有机相用无水硫酸镁干燥后过滤，通过旋转蒸发去除溶剂，得到红棕色粉末。粗产物通过快速柱层析（洗脱剂CHCl3:MeOH 9:1）纯化，最终得到米色粉末。产率为5.83克（>87%）。1H核磁共振（1H NMR，DMSO-d6，400 MHz）谱显示：δ（ppm）13.53（b，1H，OH），7.37（d，4JHH = 2.1 Hz，2H，Ar H），7.08（t，4JHH = 2.1 Hz，1H，Ar H）。13C{1H}核磁共振（13C{1H} NMR，DMSO-d6，400 MHz）谱显示：δ（ppm）165.74，141.62，130.73，116.01，113.96。傅里叶变换红外光谱（FT-IR，ATR）显示：氮氮双键的伸缩振动峰位于2119 cm?1。

4.3 对氨基甲基苯甲酸（p-Azidomethyl Benzoic Acid, p-(N3-CH2)-C6H4COOH）的合成
对氨基甲基苯甲酸的合成方法是根据先前发表的文献中的一个改进版本[24]进行的。在30.0毫升的三氯乙腈（ACN）中，将4-(溴甲基)苯甲酸（1000毫克，4.65毫摩尔）和硝酸钠胺（NaN3）（400毫克，6.15毫摩尔）混合后，加热至85°C并回流14小时。通过旋转蒸发去除溶剂。然后加入DCM和水的混合液（1:1）以萃取未反应的叠氮化钠。水层用1摩尔/升盐酸（HCl）酸化至pH 2，再用DCM萃取产物。收集的有机相用无水硫酸镁干燥并过滤。蒸发溶剂后得到白色固体。产率为0.659克（80.1%）。1H核磁共振（1H NMR，DMSO-d6，400 MHz）谱显示：δ（ppm）13.03（s，1H，OH），7.96（d，3JHH = 8.4 Hz，2H，Ar H），7.48（d，3JHH = 8.4 Hz，2H，Ar H），4.57（s，2H，CH2）。

4.4 [(CO3)@Ag20(StBu)10(3,5-N3-C6H4COO)8(DMAc)4] (1-d) 的合成
在100毫升的烧杯中，将硝酸银（AgNO3）（50.0毫克，0.294毫摩尔）和[AgStBu]n（57.4毫克，0.291毫摩尔）溶解在DMAc:ACN（1:1）的混合液中，超声处理直至反应物完全溶解，得到无色溶液。然后加入3,5-二氮苯甲酸（3,5-diazidobenzoic acid）（48.2毫克，0.236毫摩尔）粉末。接着加入三乙胺（10微升）。混合物略微变黄，缓慢蒸发2天后形成无色块状晶体。晶体用三氯乙腈（ACN）洗涤（三次，每次2毫升）。产率为127.0毫克（84.9%）。

4.5 [(CO3)@Ag20(StBu)10(p-(N3-CH2)C6H4COO)6(NO3)2(DMAc)4] (1-b) 的合成
在100毫升的烧杯中，将硝酸银（AgNO3）（50.0毫克，0.294毫摩尔）和[AgStBu]n（57.5毫克，0.291毫摩尔）溶解在DMAc:ACN（1:1）的混合液中，超声处理直至反应物完全溶解，得到无色溶液。然后加入对氨基甲基苯甲酸（p-azidomethylbenzoic acid）（41.8毫克，0.236毫摩尔）粉末。接着加入三乙胺（10微升）。混合物略微变黄，缓慢蒸发2天后形成无色块状晶体。晶体用三氯乙腈（ACN）洗涤（三次，每次2毫升）。产率为114.0毫克（83.5%）。

4.6 [(CO3)@Ag20(StBu)10(p-N3-C6H4COO)6(DMAc)4] (1-p) 的合成
[CO3]@Ag20(4-N3-C6H4COO)8(StBu)10] 的合成方法是根据之前的文献进行修改后得到的[16]。在200毫升的烧杯中，将硝酸银（AgNO3）（50.0毫克，0.294毫摩尔）和[AgStBu]n（57.4毫克，0.291毫摩尔）溶解在DMAc和乙腈（DMAc:ACN）（1:1）的混合液中，超声处理直至溶液清澈。然后加入4-氨基苯甲酸（4-azidobenzoic acid）（48.2毫克，0.236毫摩尔）粉末。接着加入三乙胺（10微升）。混合物略微变黄，缓慢蒸发2天后形成无色块状晶体。晶体用三氯乙腈（ACN）洗涤（三次，每次2毫升）。产率为114.0毫克（83.5%）。

4.7 [(CO3)@Ag20(StBu)10(3,5-(HOC10H13N3)2-C6H3COO)8(DMAc)4] (1-d-SPAAC) 的合成
在25毫升的圆底烧杯中，将BCNendo（18.0毫克，0.119毫摩尔）和1-d（30.0毫克，0.006毫摩尔）混合并溶解在15毫升的二氯甲烷（DCM）中，得到清澈无色的溶液。室温下搅拌一夜后，用箔纸覆盖并离心，收集米色沉淀物。白色沉淀物用三氯甲烷（DCM）洗涤三次。产率为14.2毫克（38.3%）。

4.8 [(CO3)@Ag20(StBu)10(p-HOC10H13N3-CH2C6H4COO)6(DMAc)4] (1-b-SPAAC) 的合成
在25毫升的圆底烧杯中，将BCNendo（6.7毫克，0.041毫摩尔）和1-b（20.0毫克，0.004毫摩尔）混合并溶解在15毫升的二氯甲烷（DCM）中，得到清澈的淡黄色溶液。反应混合物在室温下搅拌一夜后，用箔纸覆盖。第二天通过离心分离米色沉淀物，并用三氯甲烷（DCM）洗涤三次，得到米色固体。产率为7.3毫克（31.3%）。

4.9 2-二苯基膦基苯甲酸甲酯（2-Diphenylphosphanyl Benzoic Acid Methyl Ester）的合成
2-二苯基膦基苯甲酸甲酯的合成方法是根据之前的文献[26]进行的。在圆底烧杯中，将80毫升的4摩尔/升盐酸（HCl）和甲基-2-氨基苯甲酸甲酯（methyl-2-aminobenzoate）（2.33克，15.0毫摩尔）溶解在0°C下。然后逐滴加入亚硝酸钠（sodium nitrite）的水溶液（1.17克，16.0毫摩尔），并搅拌20分钟。接着逐滴加入碘化钾（potassium iodide）的水溶液（13.0克，溶于100毫升水中），反应混合物变为深棕色，并在室温下继续搅拌4小时。加入饱和亚硫酸钠溶液（70毫升）以终止反应，然后用二氯甲烷（DCM）萃取。合并的有机相用无水硫酸镁（anhydrous MgSO4）干燥并浓缩。通过快速柱层析（洗脱剂DCM:己烷 3:1）纯化后，得到产物甲基-2-碘苯甲酸甲酯（methyl-2-iodobenzoate），产率为1.71克（42%）。1H核磁共振（1H NMR，400 MHz，氯仿-d）谱显示：δ（ppm）8.00（dd，3JHH = 7.9 Hz，1H，Ar H），7.80（dd，3JHH = 7.8 Hz，4H，Ar H），7.40（td，3JHH = 7.6 Hz，1H，Ar H），7.15（td，3JHH = 7.7 Hz，4H，Ar H），3.94（s，3H，CH3）。31P{1H}核磁共振（31P{1H} NMR，162 MHz，CDCl3）谱显示：δ（ppm）–4.28。

4.10 Staudinger–Bertozzi加合物：[(CO3)@Ag20(StBu)10(3,5-(POC19H15ON)2-C6H3COO)8(DMAc)4] (1-d-SBL) 的合成
在装有搅拌棒的25毫升圆底烧杯中，将1-d（1-d，91.3毫克，0.018毫摩尔）溶解在10毫升的二氯甲烷（DCM）中。然后加入甲基-2-(二苯基膦基)苯甲酸甲酯（methyl再重复两次上述步骤：将上清液倾出，将粗残留物重新溶解在少量DCM中，然后用己烷沉淀并离心（4500 rpm，5分钟）。最后一次离心后，将上清液倾出，将沉淀物分离并在真空下干燥，得到白色固体产物1-b-SBL。产率为77.2毫克（60%）。1H NMR（400 MHz，氯仿-d）：δ（ppm）9.13（s，1H，NH），8.18（d，3JHH = 7.7 Hz，12H，Ar H），8.14（d，3JHH = 7.8 Hz，6H，Ar H），8.07 – 7.99（m，4H，Ar H），7.64 – 7.63（m，12H，Ar H），7.56 – 7.55（m，6H，Ar H），7.46 – 7.43（m，55H，Ar H），7.21（d，J = 7.7 Hz，6H，Ar H），7.14 – 7.04（m，2H，Ar H），6.96（d，3JHH = 7.7 Hz，12H，Ar H），4.38（s，8H，CH2），4.15（d，3JHH = 5.7 Hz，6H，CH2），3.69（s，2H，NH），1.65 – 1.61（m，90H，CH3）。31P{1H} NMR（162 MHz，CDCl3）δ 30.68。

4.12 斯陶丁格-贝尔托齐加合物：[CO3@Ag20(p-POC19H15ON-C6H4COO)8(StBu)10]（1-p-SBL）

[CO3@Ag20(4-N3-C6H4COO)8(StBu)10]（60毫克，0.01毫摩尔）溶解在2毫升CH2Cl2中，然后加入甲基2-(二苯基膦)苯甲酸酯（60毫克，0.18毫摩尔）。向瓶中加入一滴水，将瓶子盖上铝箔包裹后放置过夜。然后将溶液转移到45毫升的Falcon管中，并用己烷（43毫升）稀释至45毫升。反应混合物离心（4000 rpm，5分钟），生成白色沉淀物。去除上清液，将沉淀物重新溶解在少量CH2Cl2中。再重复两次上述步骤，每次用己烷（43毫升）稀释至45毫升并离心（4000 rpm，5分钟），每次离心后都去除上清液并重新溶解在CH2Cl2中。最后一次离心后，去除上清液，将沉淀物在真空下干燥（90毫克，66%）。根据偶联常数以及观察到的不同氮化物与膦的比例的实验结果，对未反应的氮化物、氮杂酰亚胺中间体和斯陶丁格-贝尔托齐膦氧化物加合物的质子信号进行了归属。1H NMR（DMSO-d6，400 MHz）δ 8.18（d，J = 7.4 Hz，5H，Ar H），8.15（d，3JHH = 8.5 Hz，5H，Ar H），7.96（d，3JHH = 8.5 Hz，5H，Ar H），7.82–7.30（m，85H，Ar H），7.01（d，3JHH = 8.5 Hz，6H，Ar H），6.98（d，3JHH = 7.4 Hz，5H，Ar H），6.66（d，3JHH = 7.4 Hz，5H，Ar H），3.67（br，16H，NH），1.68（br，90H，CH3）。31P{1H} NMR（DMSO-d6，162 MHz）δ 30.73。

CCDC 2484704和2484705分别包含本文中介绍的1-b和1-d结构的补充晶体学数据。这些数据可以通过www.ccdc.cam.ac.uk免费从剑桥晶体学数据中心获取。

**支持信息**

更多支持信息可以在在线的支持信息部分找到。

**致谢**

本研究中使用的Kratos AXIS Supra光谱仪由加拿大创新基金会（CFI-IF #35961）和安大略省研究基金提供。作者CVV感谢在Surface Science Western（加拿大顶级表面分析和材料表征设施）获得的实践学习机会。本文中提到的XAS数据是在加拿大光源（Canadian Light Source）收集的，由萨斯喀彻温大学的国家研究机构Ning Chen博士监督完成，该机构得到了加拿大创新基金会（CFI）、自然科学与工程研究委员会（NSERC）、加拿大卫生研究院（CIHR）、萨斯喀彻温省政府和萨斯喀彻温大学的支持。Zhiqiang Wang博士和TK. Sham教授在XAS数据处理方面提供了研究支持。作者感谢NSERC-DG Canada的财政支持。

**资金来源**

加拿大创新基金会（CFI-IF #35961）、安大略省研究基金和NSERC-DG Canada。

**利益冲突**

作者声明没有利益冲突。

**数据可用性声明**

CCDC 2484704和2484705分别包含本文中介绍的1-b和1-d结构的补充晶体学数据。