芳香性物质广泛用于医药、能源、材料等诸多领域,商业中最常见的也是最重要的芳香化合物就是苯和甲苯,可生产苯乙烯、苯酚、苯胺及尼龙等。而反芳香性物质由于共轭而引起能量提高,热力学稳定性大大降低,难以稳定存在。如环丁二烯和环丙烯负离子都是反芳香性物质,即使在低温下也不稳定。目前能够成功分离的反芳香性物质极少。如何实现物质从反芳香性到芳香性的转变,进而发掘其实用价值,是一个有待突破的问题。
厦门大学化学化工学院夏海平教授主持的“过渡金属导致物质从反芳香性向芳香性的突变”课题在该领域获得了两大颠覆性突破——实现物质芳香性转变、大幅刷新卡拜碳键角的世界纪录。研究人员利用在反芳香环内嵌入金属的方法,首次合成并分离出全新芳香性物质金属杂戊搭炔。
夏海平表示,过去科学家对物质从反芳香性到芳香性转变的研究也取得了一些成果,有的实现了从反芳香性到非芳香性的半步转变,有的实现了从非芳香性到芳香性的半步转变,但均无法一步到位,而该成果恰恰是一步到位,实现了物质从反芳香性到芳香性的直接突变。
此外,X-射线单晶衍射揭示,该分子内含有一个129.5°的卡拜键角(M≡C-C角),这是迄今为止化学界发现的最小卡拜键角,比之前的纪录——2002年《Science》一篇文章创下的147°压缩了17°多。据夏海平解释,卡拜碳键角的理论值是180°,在小于150°的情况下,每弯曲一度都需要克服巨大的环张力,每弯曲一度都是重要突破。
按照一般的理论,这类具有极端张力的化合物极不稳定。然而,实验证明,该化合物在120℃的空气气氛中仍能稳定存在。研究表明,该化合物具有一些芳香性物质的基本特征,但与普通芳香有机物截然不同的是,其具有接近微秒级的长激发态寿命、超大的Stokes位移(大于300nm)和奇特的聚集诱导发光增强特性,展示出其在光电材料、生物医学乃至太阳能利用等领域的美好应用前景。
该成果发表于著名期刊《Nature Chemistry》2013年第8期,该杂志同步配以“打破规则”为题的专评。1981年诺贝尔化学奖获得者、美国康奈尔大学教授Roald Hoffmann也对其给予了高度评价,认为这是“非常出色的”、“令人惊异的”成果。国家自然科学基金网、《Nature China》、《Science News》、美国化学会《Noteworthy Chemistry》和俄罗斯化学新闻等均进行了专评或报道。
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