近日，清華大學(xué)化學(xué)系2013級(jí)本科生吳之晨在《應(yīng)用化學(xué)》(Angewandte Chemie International Edition)在線發(fā)表“通過大環(huán)-大環(huán)轉(zhuǎn)化途徑和一鍋三組分反應(yīng)方法合成冠[5]芳烴”(Corona[5]arenes Accessed by a Macrocycle-to-Macrocycle Transformation Route and a One-Pot Three-Component Reaction)文章，體現(xiàn)了新型大環(huán)主體分子超分子化學(xué)的最新研究結(jié)果。
  過去幾十年，人工合成大環(huán)主體分子的研究奠定了超分子化學(xué)的基礎(chǔ)并推動(dòng)該學(xué)科的快速發(fā)展。1967年，查爾斯·J·佩德森(Charles J. Pederson) 創(chuàng)制了冠醚，隨后讓-馬里·萊恩(Jean-Marie Lehn)和唐納德·J·克拉姆(D. J. Cram)分別創(chuàng)制了穴醚和球醚，他們系統(tǒng)地研究了這些人工合成大環(huán)分子的分子識(shí)別與主-客體化學(xué)，催生了超分子化學(xué)學(xué)科，并于1987年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。基于大環(huán)分子，詹姆斯·弗雷澤·司徒塔特(Sir J. Fraser Stoddart)與讓-皮埃爾·索維奇(Jean-Pierre Sauvage)開創(chuàng)了機(jī)械互鎖結(jié)構(gòu)與分子機(jī)器的研究，贏得了2016年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。設(shè)計(jì)與合成全新的、具有多種分子識(shí)別與組裝功能的大環(huán)主體分子一直是超分子化學(xué)研究的挑戰(zhàn)之一。
  吳之晨系統(tǒng)地研究了冠[5]芳烴的合成與性能，首先建立與發(fā)展了高效的“大環(huán)-大環(huán)”轉(zhuǎn)化方法，實(shí)現(xiàn)了從冠[6]芳烴合成冠[5]芳烴化合物。隨后，基于對(duì)冠[5]芳烴化合物熱力學(xué)穩(wěn)定性的思考和“大環(huán)-大環(huán)”反應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)因素，建立了三組分反應(yīng)，從簡單易得原料出發(fā)，通過一鍋法合成冠[5]芳烴。研究還揭示了冠[5]芳烴的分子和構(gòu)象結(jié)構(gòu)，闡明了冠[5]芳烴的光譜性質(zhì)與電化學(xué)性質(zhì)，為分子識(shí)別，尤其是對(duì)富電子客體物種的識(shí)別提供了一類具有應(yīng)用前景的新型人工合成大環(huán)主體分子。
 通過大環(huán)-大環(huán)轉(zhuǎn)化反應(yīng)(左)與三組分反應(yīng)(右)構(gòu)建冠[5]芳烴示意圖。
  本研究的第一作者為吳之晨，通訊作者為王梅祥教授，清華大學(xué)化學(xué)系2015年博士畢業(yè)生郭慶輝參與部分工作。
  吳之晨于2013年進(jìn)入清華大學(xué)化學(xué)系學(xué)習(xí)，2014年入選清華大學(xué)學(xué)堂人才培養(yǎng)計(jì)劃，2015年進(jìn)入化學(xué)系王梅祥老師課題組，學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)與研究方法，后在王梅祥老師指導(dǎo)下獨(dú)立開展新穎的冠[5]芳烴大環(huán)主體分子的合成與性能研究。
  編輯點(diǎn)評(píng)：
   近年來，隨著國家對(duì)科技創(chuàng)新的大力倡導(dǎo)和巨大投入，高校大學(xué)生在科研創(chuàng)新領(lǐng)域越來越活躍，很多創(chuàng)新理論和成果得到開發(fā)，這將為中國走向科技強(qiáng)國打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。