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分子Borromean環(huán)：從藝術(shù)到應(yīng)用

來源: X-MOL 2017-07-25 15:29:21

有機(jī)化學(xué)

由 X-MOL發(fā)布于 2017-07-23

互鎖型分子結(jié)構(gòu)是指分子間不以共價(jià)鍵形式互相連接，而是通過各種分子間弱作用力相互穿插、扣鎖的分子結(jié)構(gòu)。這類特殊分子的結(jié)構(gòu)十分具有藝術(shù)感，在拓?fù)鋵W(xué)上具有重要的意義。而在此基礎(chǔ)上發(fā)展的分子機(jī)器，更是受到了2016年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的垂青。在互鎖型分子家族中，一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的課題就是分子Borromean環(huán)的合成。所謂Borromean環(huán)，是指三個(gè)環(huán)互相穿插在一起，但是任意兩個(gè)環(huán)之間沒有任何的扣鎖現(xiàn)象。基于三環(huán)穿插結(jié)構(gòu)的象征意義，早在13世紀(jì)，基督徒就將Borromean環(huán)作為三位一體的標(biāo)志。第一例一步法自組裝分子Borromean環(huán)是由2016年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主J. F. Stoddart于2004年報(bào)道的，他利用金屬離子作為模板實(shí)現(xiàn)了一步法自組裝分子Borromean環(huán)結(jié)構(gòu)。2013年，復(fù)旦大學(xué)的金國新課題組報(bào)道了基于Cp*Rh(Cp*=五甲基環(huán)戊二烯基)金屬角的無模板一步法自組裝分子Borromean環(huán)，隨后對于半夾心金屬角分子Borromean環(huán)結(jié)構(gòu)的研究再次成為熱點(diǎn)。然而對于分子Borromean環(huán)這一復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，仍舊存在大量的問題困擾著人們，例如，對于不同的分子Borromean環(huán)，環(huán)與環(huán)之間作用力的大小是否完全一致；如何調(diào)節(jié)環(huán)與環(huán)之間作用力的大小；分子Borromean環(huán)具有哪些獨(dú)一無二的應(yīng)用。

鹵代苯化合物在各類有機(jī)反應(yīng)中均具有舉足輕重的地位，如何高效地分離、純化鹵代苯化合物逐漸引起了人們的關(guān)注。在這一領(lǐng)域中，大量的工作集中于如何實(shí)現(xiàn)對鹵代苯異構(gòu)體的有效分離。然而，對于那些取代基位置相同，但取代基不同的鹵代苯化合物進(jìn)行分離目前尚無應(yīng)對之策。更重要的是，化學(xué)工作者不僅僅希望從多種混合物中分離出一種化合物，而是可以將不同化合物按次序逐一分離。要滿足這些苛刻的要求，現(xiàn)有的方法主要利用色譜來實(shí)現(xiàn)。但由于色譜法本身存在的局限性，分離效率和速度往往不盡人意。

最近，復(fù)旦大學(xué)的金國新（點(diǎn)擊查看介紹）課題組報(bào)道了一系列基于二鹵代配體的分子Borromean環(huán)，并發(fā)現(xiàn)鹵代原子對分子Borromean環(huán)結(jié)構(gòu)的形成有不可取代的作用，而且不同的鹵代原子可以調(diào)控環(huán)與環(huán)之間的作用力。利用這一特性，他們實(shí)現(xiàn)了不同二鹵代苯對一系列分子Borromean環(huán)的選擇性拆分，在此基礎(chǔ)上，概念性地提出了一種利用分子Borromean環(huán)對多種二鹵代苯逐一分離的方法。

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