具有迷人空間結(jié)構(gòu)的莫比烏斯環(huán)（Mobius strip）不僅在數(shù)學(xué)拓撲領(lǐng)域有著重要地位，在分子層面中具有莫比烏斯構(gòu)象的共軛體系也有著獨特的分子性質(zhì)，例如與傳統(tǒng)休克爾4n+2規(guī)則互補的芳香性質(zhì)，因此在分子合成和芳香性理論的基礎(chǔ)研究領(lǐng)域具有重要意義。因莫比烏斯構(gòu)象的共軛分子通常處于亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，此類分子的合成與表征長期以來是合成化學(xué)中的難點，而基于莫比烏斯共軛的分子構(gòu)建更復(fù)雜的超分子復(fù)合體則更具挑戰(zhàn)。
近日，中科院理化所超分子光化學(xué)研究團隊與廈門大學(xué)的科研人員合作，利用銅模板法高效合成對苯撐全共軛索烴，并通過單晶X-射線衍射揭示固態(tài)下的該索烴化合物是由兩個穩(wěn)定莫比烏斯構(gòu)象的共軛碳環(huán)構(gòu)成。理論計算結(jié)果顯示構(gòu)成索烴的共軛碳環(huán)之間存在高達每摩爾84千卡的分子內(nèi)非共價π-π相互作用，是穩(wěn)定分子固態(tài)下莫比烏斯構(gòu)象的關(guān)鍵，進而通過理論模型確認了該碳環(huán)π體系的共軛性和芳香性。
基于莫比烏斯共軛的分子構(gòu)建更復(fù)雜的超分子復(fù)合體
這項工作表明合成化學(xué)與理論化學(xué)的結(jié)合對于探索具有復(fù)雜且新穎結(jié)構(gòu)的分子具有重要意義。尤其是合成頗具挑戰(zhàn)的對苯撐全共軛索烴不僅可作為互鎖超分子結(jié)構(gòu)的組成單元，同時也可作為一類新型莫比烏斯共軛的分子，為分子設(shè)計以及探索芳香性和成鍵規(guī)律提供了新思路。
相關(guān)研究成果以An isolable catenane consisting of two Mobius conjugated nanohoops 為題，在線發(fā)表于《自然-通訊》上（Nature Communications 2018, 9, 3037）。中科院理化所叢歡研究員是該論文的通訊作者并主導(dǎo)研究工作；廈門大學(xué)朱軍教授作為共同通訊作者負責理論計算的研究；中科院理化所研究生范洋洋、廈門大學(xué)研究生陳丹丹、中科院理化所博士后黃澤傲是該論文的共同第一作者。相關(guān)工作得到了中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項、國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金委、中組部和中國博士后科學(xué)基金的大力支持。
