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分子Borromean環(huán)：從藝術到應用

來源: X-MOL 2017-07-25 15:29:21

有機化學

由 X-MOL發(fā)布于 2017-07-23

互鎖型分子結構是指分子間不以共價鍵形式互相連接，而是通過各種分子間弱作用力相互穿插、扣鎖的分子結構。這類特殊分子的結構十分具有藝術感，在拓撲學上具有重要的意義。而在此基礎上發(fā)展的分子機器，更是受到了2016年諾貝爾化學獎的垂青。在互鎖型分子家族中，一個具有挑戰(zhàn)性的課題就是分子Borromean環(huán)的合成。所謂Borromean環(huán)，是指三個環(huán)互相穿插在一起，但是任意兩個環(huán)之間沒有任何的扣鎖現(xiàn)象。基于三環(huán)穿插結構的象征意義，早在13世紀，基督徒就將Borromean環(huán)作為三位一體的標志。第一例一步法自組裝分子Borromean環(huán)是由2016年諾貝爾化學獎得主J. F. Stoddart于2004年報道的，他利用金屬離子作為模板實現(xiàn)了一步法自組裝分子Borromean環(huán)結構。2013年，復旦大學的金國新課題組報道了基于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)結構的研究再次成為熱點。然而對于分子Borromean環(huán)這一復雜的結構，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)具有哪些獨一無二的應用。

鹵代苯化合物在各類有機反應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注。在這一領域中，大量的工作集中于如何實現(xiàn)對鹵代苯異構體的有效分離。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行分離目前尚無應對之策。更重要的是，化學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，復旦大學的金國新（點擊查看介紹）課題組報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)結構的形成有不可取代的作用，而且不同的鹵代原子可以調控環(huán)與環(huán)之間的作用力。利用這一特性，他們實現(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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