近日，我院谢素原院士课题组的张前炎教授在碗状五重螺烯分子研究方面取得新进展，相关成果以“Corannulene-based Quintuple [6]/[7]helicenes: Well-preserved Bowl Core, Inhibited Bowl Inversion and Supramolecular Assembly with Fullerenes”为题， 发表于Angew. Chem. Int. Ed.（Doi: 10.1002/anie.202417269）。
近年来，纳米石墨烯（作为电子供体）与富勒烯（作为电子受体）的超分子自组装研究取得了显著进展。这不仅有助于对富勒烯结构的精准表征，还推动了具有独特光学、电子及生物功能的组装材料的开发。多重螺烯是弯曲纳米石墨烯的典型代表，然而其与富勒烯之间主客体超分子组装的相关研究却鲜有报道，这可能是由于两者的形状不匹配所导致。
研究人员从五碘代碗烯出发，通过五重Heck反应和五重Mallory反应合成得到一类以碗状多环芳烃（corannulene）为内核的五重6/7螺烯分子（Q[6]H-1，Q[6]H-2和Q[7]H）。核磁共振波谱和X-射线单晶衍射实验证实，Q[6]H-1和Q[7]H具有准螺旋桨构型，Q[6]H-2则呈现螺旋桨构型，且其碗烯内核几乎保持完好。Q[7]H代表了最高螺数的碗烯基多重螺烯。与以往报道的碗烯基多重螺烯不同，该类螺烯分子由碗烯与螺烯直接杂化而得，具有螺旋状构象的Q[6]H-2由于保持了完好的碗状内核，因而能够与球状的富勒烯发生显著的主客体自组装行为。此外，通过实验和理论研究首次发现，Q[6]H中碗烯内核的翻转以及手性稳定性受其构象影响：对于Q[6]H-1和Q[6]H-2，其碗内核翻转受到限制，而其他构象异构体的碗烯内核则可正常进行翻转；相比于Q[6]H-1，Q[6]H-2展现出明显更高的手性稳定性。该工作报道了首例由螺烯与碗烯直接杂化而得的多重全碳螺烯分子，不仅为多重螺烯家族添加了新成员，而且实现了多重螺烯与富勒烯的超分子自组装。
该论文在beat365官方网站郑兰荪院士、谢素原院士、张前炎教授的共同指导下完成。论文共同第一作者为2019级博士生张凯鑫，课题组博士后陈佐长提供了强有力的理论计算支持，张前炎教授为通讯作者。研究工作得到国家自然科学基金委（22271238、92361303、92061204、21827801、92061000、21901217、21934004、21721001、22201209、91961113）等资助。
论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202417269
