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分子帶的精準合成及其性質(zhì)研究是目前有機及超分子化學研究領域最活躍的方向之一。作為碳納米管及富勒烯的構筑片段，共軛的碳氫大環(huán)及分子帶展示出獨特的化學與物理性質(zhì)，使其在新型光電材料、吸附分離及超分子識別與組裝等方面具有重要應用價值。大環(huán)分子的合成極具挑戰(zhàn)性，特別是高張力的帶狀大環(huán)，存在合成產(chǎn)率低、分離難、不易衍生化等問題，限制了進一步的應用與發(fā)展。雜原子（N，O，S等）的加入不僅可以實現(xiàn)大環(huán)結構單元的等電子替換，而且可以改變電子結構性質(zhì)，進而影響其功能應用。盡管目前已有大量的理論計算研究，而通過雜原子雙橋連接的方式構筑分子帶卻鮮有報導?；诖?，中山大學化學學院朱克龍教授和姜隆副教授合作，設計并合成了氧、硫原子雙橋連的新型分子帶[8]cyclophenoxathiin，利用氧硫雜蒽結構單元的動態(tài)可彎折性克服分子帶合成的高張力問題；同時，通過氧、硫雜原子對大環(huán)分子帶的電子結構的調(diào)控，實現(xiàn)其作為分子“容器”的功能應用。

為了精準地獲得具有不同連接順序和空腔性質(zhì)的氧硫雜分子帶，研究者采用了分步成環(huán)的控制合成策略，通過先成單橋大環(huán)，再橋連并環(huán)的方法，以較高的產(chǎn)率選擇性地獲得具有“碗狀”和“筒狀”的兩種分子帶。進一步研究表明碗狀的分子帶可通過多重C?H···S氫鍵的作用，分子間二聚形成膠囊型的分子“容器”。該二聚體不僅可以包合硝基苯等溶劑分子，而且對C60等富勒烯分子具有極強的選擇性絡合能力，結合常數(shù)高達3.6×109 M?2，展現(xiàn)出在富勒烯材料的提純與分離方面的應用潛力。而筒狀的分子帶可與環(huán)型結構的[2,2]環(huán)蕃分子相結合，形成獨特的“環(huán)套環(huán)”的超分子包合物。氧硫雜雙橋聯(lián)分子帶的可控合成、多樣結構及其豐富的主客體化學充分展示了雜原子摻雜分子帶的魅力，也為分子帶的設計和構筑提供了新的思路。

上述研究成果發(fā)表于Nature Communications雜志。該研究工作得到了國家自然科學基金、廣東省珠江人才計劃以及中山大學百人計劃項目的大力支持。

Jialin Xie, Xia Li Shenghua Wang, Anquan Li, Long Jiang，Kelong Zhu, Nature communications, 2020, DOI:10.1038/s41467-020-17134-3.

論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-020-17134-3