金属中心平面[15]轮烯的突破性合成与芳香性调控

时间:2025年5月1日
来源:Nature

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来自前沿的研究团队成功攻克了金属内嵌平面轮烯合成的长期难题,通过构建具有D5h对称性的[15]轮烯框架,首次实现金属d轨道与五元环的共轭芳香体系。该研究不仅填补了σ键型平面轮烯金属配合物的空白,其稳定的可功能化特性更为材料科学提供了新型构建模块。

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二茂铁(ferrocene)的发现开启了现代金属有机化学的新纪元,但其经典的π配位模式与平面轮烯阴离子的结合方式形成了"外平面"金属配合物的范式。与之形成鲜明对比的是,将金属原子嵌入轮烯核心构建"内平面"σ键型配合物却长期面临三大障碍:合成瓶颈、轮烯非平面化倾向以及金属嵌入的拓扑限制。

研究团队另辟蹊径,成功设计出三种金属中心平面[15]轮烯结构。其中最完美的D5h对称性分子如同五瓣金属花环,五个完全等同的五元环通过σ键均匀分布在中心金属周围。密度泛函理论(DFT)计算揭示出令人惊叹的电子离域现象——金属d轨道主动参与五元环的共轭体系,使每个环都呈现出显著的芳香性特征。这种独特的电子结构让人联想到多氮供体金属扩展卟啉(metallo-expanded porphyrins),巧妙地在经典轮烯化学与配位化学之间架起了桥梁。

更值得关注的是,这些新型配合物展现出优异的稳定性与可修饰性,其模块化设计理念为功能材料开发提供了全新思路。这项突破不仅实现了理论预测数十年却始终未被捕获的分子拓扑,更开辟了金属有机芳香体系在光电材料领域的应用前景。

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