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C&EN:年度最酷的七大分子

2018/01/02 来源:学术经纬
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导读
C&EN评选出年度最酷的七大分子,一起来看看吧!

本文转载自“学术经纬”。

1、一朵新开的“太阳花”


过硫化六苯并苯(persulfurated coronene)因为它与太阳花相似而被称为“太阳花”分子。今年一朵这样的“太阳花”开放了。这是第一个完全硫取代的多环芳烃( fully sulfur-substituted polycyclic aromatic hydrocarbon),是环状杂环碳硫化物 (circular heterocyclic carbon sulfide compounds) 类别中的第二个成员。德国德累斯顿工业大学(Dresden University of Technology)的冯新亮教授和马克斯普朗克高分子研究所(Max Planck Institute for Polymer Research)的Klaus Müllen博士率领的团队合成了这朵“太阳花”(J. Am. Chem. Soc. 2017, DOI: 10.1021/jacs.6b12630)。化学家们希望能够合成更多这类化合物,其中包括最简单的过硫化苯(persulfated benzene)。它们可以在电池阴极和其它电子材料中使用。

2、一颗分子新星的诞生

Credit: Chem.–Eur. J.

化学家今年合成了这一五角星形的钯配位络合物(palladium coordinating complex)。它的独特性不但在于它有一个由等腰梯形环绕着五边形的独特形状,而且它是第一个包含两种不同非螯合配体的五核自组装多室分子。印度理工学院马德拉斯分校(Indian Institute of Technology Madras)的Kumar Chand博士和他的同事认为他们合成的分子将激励人们合成像细胞一样的笼状分子,它们可以应用于生物医学领域(Chem.–Eur. J. 2017, DOI: 10.1002/chem.201702264)。

3、降冰片烷基础上构建更复杂的分子


今年两支研究团队分别完成了很具挑战性的全新桥连多环烃(bridged polycyclic hydrocarbons) 的合成,它们是降冰片烷(norbornane)的衍生物,而降冰片烷本身就是很复杂的分子。瑞士巴塞尔大学(University of Basel)的Marcel Mayor博士率领的团队合成了trinorbornane。一个由两个降冰片烷分子共享一对相邻的边界而形成的对称的C11H16分子。这项研究扩展了完全人工合成自然产物的技术(Chem. Commun. 2017, DOI: 10.1039/c7cc06273g)。德国明斯特大学(University of Munster)的Volodymyr Kozel 和 Günter Haufe博士率领的团队合成了 nortricyclene triol, 目前最小的显示出三重对称性的手性多环化合物(Angew. Chem. Int. Ed. 2017, DOI: 10.1002/anie.201709279)。

4、编织分子结


Credit: Robert W. McGregor

英国曼彻斯特大学(University of Manchester)的David A. Leigh博士和他的同事们将三股螺旋分子编织在一起形成一个分子结(molecular knot)。Leigh博士的团队先利用铁原子引导联吡啶基配体(bipyridine-based ligands)组装称为鞭状结构(braided structure),然后利用复分解化学(metathesis chemistry)将几股配体末端的烯烃(olefins)连接起来。研究人员希望能够合成更复杂的编织结构,甚至能够编织聚合物(Science 2017, DOI: 10.1126/science.aal1619)。

5、杂环系统中缺失的一环


化学家们很多年来一直在将硼(boron)、碳、氮、氧元素以不同方式组合在一起形成多种多样的六元杂环系统(six-membered heterocyclic ring systems)。其中一个目标是构建一个包含缺电子硼原子(electron-deficient boron atoms)的多环芳香族化合物。这种化合物在制造光电设备时很有用。但是将氮原子和氧原子同时与硼原子融合到杂环结构上是一个严峻挑战。日本微生物化学研究所(Institute of Microbial Chemistry)的Masakatsu Shibasaki 和Naoya Kumagai 博士合成了dioxaazatriborinane (B3NO2),它是环硼氮烷(borazines, B3N3)和环硼氧烷(boroxines, B3O3)之间缺失的一环。研究人员发现dioxaazatriborinane可以作为酰胺化(amidation)反应的有机催化剂,其效果显著强于以往的硼基有机催化剂(Nat. Chem. 2017, DOI: 10.1038/nchem.2708)。

6、最大最复杂的多糖


碳水化合物合成的一项记录今年被打破,北京大学(Peking University)的叶新山课题组合成了一个聚糖(glycan),它的分子量几乎是以前合成的聚糖的2倍,结构更是非常复杂。这一称为阿拉伯半乳聚糖(arabinogalactan)的多糖由92个糖基构成,是引起结核病的结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis)细胞壁的重要组成部分。抗结核药乙胺丁醇(ethambutol)能够抑制这种多糖的合成。天然聚糖拥有不同结构形态的特点和稀有性让它们很难作为药物或疫苗的靶点来提纯和研究(Nat. Commun. 2017, DOI: 10.1038/ncomms14851)。合成这种聚糖有可能帮助对治疗结核病的研究。

7、独特的电子结构


今年化学家增加了三氮原子成键的方式。以富含电子氮为中心的分子通常行使路易斯碱(Lewis base)的功能,提供一个电子对与接受者成键。以色列理工学院(Technion-Isreal Institute of Technology) 的Mark Gandelman博士带领的团队发现了一种三唑鎓盐(triazolium salt),在这个化合物中氮中心行使的是路易斯酸的功能(J. Am. Chem. Soc. 2017, DOI: 10.1021/jacs.6b12360)。另外,含氮三唑基(triazenyl radicals)可以用光谱手段被检测到,而且可以在过渡金属配合物(transition-metal complexes)中作为配体。但是它很难被稳定下来并且被提纯。韩国基础科学研究所和浦项科技大学(Pohang University of Science & Technology)的Eunsung Lee博士带领的研究人员用N-杂环卡宾(N-heterocyclic carbenes)作为稳定取代基将它稳定下来。研究人员将它用于锂离子电池的阴极材料(J. Am. Chem. Soc. 2017, DOI: 10.1021/jacs.7b08753)。

参考资料:

[1] MOLECULESOF THE YEAR

C&EN highlights some of the coolest compounds reported in 2017

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