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螺 碳

碳作为元素周期表的核心成员之一,具有丰富多彩的成键方式,既是构成物质世界的重要基石,也是生命的载体。在碳的家族中,富勒烯、碳纳米管、石墨烯是近年来最耀眼的明星分子和明星材料。其中富勒烯和石墨烯先后于1996年和2010年获得诺贝尔化学奖和物理奖。纳米碳家族的兴起与发展使得科学家思考:(1)下一个具有广泛影响力的纳米碳可能是什么样子?(2)合成化学家在该领域能够贡献什么?引领什么?(3)如何在纳米尺度上,对共轭碳分子的结构进行精准控制?进而明确其结构与性质的对应关系。


带着这些问题,国际上多个顶尖课题组先后在纳米碳的精准合成研究中投入大量的人力物力,并形成鲜明的研究特色。其中,德国马普所的Müllen教授是本领域的杰出代表,作为前德国化学会主席、现美国化学会志副主编,Müllen教授最主要的学术贡献正是奠定和开拓了合成纳米碳领域。因为合成纳米碳具有明确的化学结构和灵活的化学修饰,并展示出独特的光、电、磁等本征物理化学性质,近年来引起了普遍关注。


然而,无论对于方兴未艾的富勒烯、碳纳米管以及石墨烯,还是崭露头角的合成纳米碳,制备和表征具有光学活性的手性纳米碳分子和碳材料依然困难重重,道阻且长。究其原因,经典纳米碳的制备通常需要在电弧、高温、激光烧蚀等剧烈条件下完成,这给碳结构的精准控制带来严峻挑战;而对于化学合成而言,将数以百计的碳原子在三维纳米空间中有序排列,其难度可想而知。


中山大学化学学院王娇炳教授(点击查看介绍)课题组从螺烯[1] 的角度出发,通过温和条件下的化学合成,成功制备了一系列具有精准结构的螺旋形手性纳米碳分子,相继实现了六重[7]螺烯及六重[9]螺烯的首次合成与表征。其中,六重[9]螺烯具有198个共轭碳原子,是目前见诸报道的最大的具有单晶结构的合成纳米碳分子,也是结构最为复杂的碳基芳香化合物之一,与传统的Clar平面芳香化学体系构成鲜明对比。该研究为探索三维手性纳米碳的本征光电性质提供了新的思路,同时也彰显和诠释了螺烯六十余年瑰丽曲折的发展历程。


相关结果发表在Angew. Chem. Int. Ed. 上,文章第一作者为博士生王永根


[1] 螺烯:以苯为结构单元,经邻位稠合而成的螺旋形多环芳香化合物。美国化学家Newman于1956年合成了首例六螺苯,并命名其为螺烯——“Helicene”,见插图。


该论文作者为:Yonggen Wang, Zhibo Yin, Yanpeng Zhu, Jiajian Gu, Yang Li, Jiaobing Wang

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Hexapole [9]Helicene

Angew. Chem. Int. Ed., 2018, DOI: 10.1002/anie.201811706


导师介绍

王娇炳

http://www.x-mol.com/university/faculty/15398


(本稿件来自Wiley


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