IF 16.1！高度应变的富电子分子碗和纳米石墨烯

本文精选

在苝的扶手椅边缘引入两个吡咯环，形成小的、富含电子的分子碗 1，可以看作是 C70 的氮掺杂端盖。尽管自 2008 年以来进行了多次尝试，但其合成一直受到菌株和合成挑战的阻碍。在这项研究中，我们介绍了分子碗 1 及其二聚体波浪形纳米石墨烯 2 的合成和性能分析。氮原子上的取代基显著影响碗深度、分子间相互作用和超分子行为。因此，丁基取代的分子碗 1 a 会形成不寻常的极性晶体，所有碗的方向都相似，这表明潜在的热释电或铁电应用。由于富含电子的性质，化合物 1 对富勒烯表现出显著强的结合亲和力，其中 1 a 与 C70 形成夹心结构。此外，中性碗 1 显示类似于 corannulene 的反向旋转环流，而它们的指示则表现出整体反芳香性。波浪结构的纳米石墨烯 2 表现出两种连续可逆的氧化过程，其 dication 22+ 在环境条件下显示出非常高的稳定性。总之，这项工作构建了一个小的、富含电子的分子碗及其纳米石墨烯二聚体，突出了它们的特殊性能、有前途的应用以及作为未来先进纳米结构制造基础的潜力。

创新点

1. 通过在苝的扶手椅边缘引入两个吡咯环，成功合成了高度应变的富电子分子碗 1，作为 C70 的氮掺杂端盖。

2. 首次实现了分子碗 1 及其二聚体波浪形纳米石墨烯 2 的合成，克服了长期存在的菌株和合成挑战。

3. 揭示了氮原子取代基对分子碗深度和超分子行为的显著调控作用，丁基取代的 1a 形成了具有极性晶体结构的独特组装。

4. 合成的纳米石墨烯 2 展现了连续可逆氧化过程，其二阳离子 22+ 在环境条件下具有超高稳定性。

对科研工作的启发

1. 氮掺杂策略可作为设计新型富电子纳米结构的有效手段，推动碳基材料的功能化研究。

2. 分子应变与取代基调控的结合为合成复杂分子体系提供了新的思路，值得进一步探索。

3. 波浪形纳米石墨烯的稳定氧化特性启发了对高性能电化学材料的开发，如电池或传感器。

4. 分子碗与富勒烯的强结合亲和力提示了超分子化学在分子识别和组装领域的潜力。

思路延伸

1. 探索其他杂原子（如氧、硫）掺杂对分子碗结构和性能的影响，拓展其多样性。

2. 通过调整取代基种类和位点，进一步优化分子碗的极性晶体特性，开发新型功能材料。

3. 研究分子碗 1 与其他碳纳米结构的相互作用，如碳纳米管或石墨烯，探索复合材料的可能性。

4. 利用纳米石墨烯 2 的氧化还原特性，设计可控的分子开关或电子器件。

5. 将分子碗的超分子行为与光电特性结合，开发光响应性纳米材料。

生物医学领域的应用

1. 分子碗 1 对富勒烯的高亲和力可用于设计靶向药物传递系统，特异性结合生物分子。

2. 丁基取代分子碗 1a 的极性晶体特性可应用于生物传感，检测微环境极性变化。

3. 富电子分子碗的结合能力可用于开发新型分子探针，标记生物大分子或细胞结构。

4. 纳米石墨烯 2 的稳定氧化特性可用于构建生物电化学传感器，监测体内氧化还原状态。

5. 分子碗与 C70 的夹心结构可作为纳米载体，封装抗癌药物并实现精准释放。

6. 波浪形纳米石墨烯的超分子组装特性可用于模拟细胞膜行为，研究药物渗透机制。

Highly Strained Electron‐Rich Molecular Bowl and Nanographene

Angew. Chem. Int. Ed.（IF 16.1）

Pub Date  : 2025-03-11

DOI : 10.1002/anie.202425355

Wenhao Zhang, Yeda Ding, Shanzi Yu, Jiaqi Lyu, Jiaxuan Yu, Jiawen Li, Xin Zhao, Lina Feng, Jianguo Wang, Zheng Zhou, Qing Wang

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