C&EN盤點2017年最酷化合物

「硫之花」二度盛開

過硫化暈苯，因其分子形似向日葵（sunflower），也被稱為「硫之花（sulflower）」。它是首個全硫取代稠環芳香烴，也是新的環狀雜環碳硫化合物「硫之花」家族中的第二位成員，其中第一位成員是十多年前合成的八噻吩[8]圈烯（octathio[8]circulene）。化學家一直希望發展其他成員，包括最簡單的過硫化苯，以作為電池陰極和其他電極材料。由德國德累斯頓工業大學的馮新亮和馬普高分子研究所的KlausMüllen領導的團隊創造了新的 「硫之花」（J. Am. Chem. Soc. 2017, DOI: 10.1021/jacs.6b12630）。

「星星」分子的誕生

化學家在今年設計了這個斷角的五角星型鈀配合物，它的獨特之處不僅僅在於其有趣的形狀——由等腰梯形環繞的正五邊形，更在於它是第一個含有兩個不同非螯合配體的五核自組裝多隔斷分子。典型的自組裝配合物由金屬和一類配體連接而成，最重要的是，配體通常是螯合的，這意味著每個配體通過兩個或者更多原子與一個金屬結合。印度理工學院-馬德拉斯分校的Dillip Kumar Chand及其同事相信，他們的星星分子可以激發在生物醫學方面有應用潛能的細胞狀分子籠的合成（Chem.–Eur. J. 2017, DOI: 10.1002/chem.201702264）。

結構更複雜的降冰片烷

今年，兩個研究團隊完成了具有挑戰性的新型橋多環烷烴的合成，構建了複雜的降冰片烷衍生物。其中，來自瑞士巴塞爾大學的Marcel Mayor帶領團隊製備了三降冰片烷（trinorbornane）。這種對稱的飽和C11H16分子由兩個降冰片烷單元共享一對相鄰邊緣構成，這樣的構造恰巧形成了第三個降冰片烷的亞單元。這類方法有助於拓展天然產物的全合成技術（Chem. Commun. 2017, DOI: 10.1039/c7cc06273g）。另一方面，由德國明斯特大學的Volodymyr Kozel和Günter Haufe領導的研究團隊合成了nortricyclene triol，這是已知手性多環化合物中具有三重分子對稱性的最小分子。研究人員正使用純的nortricyclene對映異構體來製備液晶（Angew. Chem. Int. Ed. 2017, DOI: 10.1002/anie.201709279）。

編織分子結

英國曼徹斯特大學的David A. Leigh同事們將三根螺旋線交織在一起，從而構建了今年第一個編織分子結。含192個原子的新手性分子結具有8個交叉點，比之前由兩條扭結線組成的分子結要複雜得多。Leigh課題組首先利用鐵原子引導聯吡啶配體組裝成編織結構。然後，研究人員通過烯烴複分解反應，將配體末端的烯烴連接到一起，並去除鐵原子和平衡離子，以生成連續的纏繞結構。研究人員希望能夠創造出更複雜的編織分子結，甚至可能是編織聚合物（Science 2017, DOI: 10.1126/science.aal1619）。

缺失的雜環

多年以來，化學家通過不同的方式結合B、C、N、O等原子，從而創造了出多種六元雜環系統。其中的目標之一是構建新的含有缺電子硼原子的多環芳香化合物，這類化合物可用於製造光電子器件。然而，在雜環中同時摻入氮和氧與硼的方法仍然不明朗。由日本微生物化學研究所的Masakatsu Shibasaki和Naoya Kumagai領導的研究團隊，設計併合成了二氧雜氮雜三硼環己烷（B3NO2），它是硼氮六環（B3N3）和硼氧六環（B3O3）中缺失的一環。團隊發現，二氧雜氮雜三硼環己烷能夠催化醯胺化反應，並且效果比之前已知的含硼有機催化機要好（Nat. Chem. 2017, DOI: 10.1038/nchem.2708）。

最大、最複雜的糖類

今年，碳水化合物合成的記錄被打破：北京大學的葉新山及其同事合成了一個超大、超複雜的多糖分子，比以前任何一個多糖分子都要大上兩倍。這種多糖分子被稱為阿拉伯半乳聚糖（abinogalactan），具有92個糖單元，是結核分枝桿菌（一種肺結核病菌）細胞壁的基本成分。肺結核藥物乙胺丁醇阻斷了該多糖的生物合成。天然多糖具有不同的結構形式和較低的丰度，使得它們難以被分離，也難以作為藥物靶標或疫苗被開發研究。從頭合成這些多糖面臨著同樣的挑戰。在一鍋反應中，葉新山課題組將一組短多糖組裝成一條半乳聚糖鏈（藍色）和兩條相同的阿拉伯聚糖鏈（黑色）；然後，經[31+31+30]糖基化反應，將三條多糖鏈結合成含有92個單糖單元的阿拉伯半乳聚糖（Nat. Commun. 2017, DOI: 10.1038/ncomms14851）。

電子結構獨特的三氮化合物

化學家在今年增加了三氮原子成鍵的不同方式。富電子N中心分子通常可以作為Lewis鹼，提供電子對與受體組分成鍵。以色列理工學院的Mark Gandelman及其團隊發現，三唑鎓鹽能夠轉變共受體活性，從而N中心可以作為Lewis酸，接受電子。N組成的Lewis酸可以作為活性受阻Lewis酸電子對（frustrated Lewis pairs，FLP）或其他類型的催化劑（J. Am. Chem. Soc. 2017, DOI: 10.1021/jacs.6b12360）。另一方面，三氮烯自由基在之前已被光譜檢測到，並且被證實可以作為過渡金屬配合物的配體。但是它們不穩定，難以被分離。Eunsung Lee領導的韓國基礎科學研究所和浦項科技大學研究團隊發現，可以使用N-雜環卡賓作為穩定取代基。研究人員將三氮烯自由基作為鋰離子電池的陰極材料（J. Am. Chem. Soc. 2017, DOI: 10.1021/jacs.7b08753）

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