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C&EN 的年度分子 (2022)

作者:石油醚

导读:

2022年,全世界的化学工作者在人工智能与化学、化学技术以及分子的构建等众多方面有了重大的发现。近日,C&EN’s 发布了题为“C&EN’s Year in Chemistry 2022”的文章,评选出了2022年在化学领域取得巨大进步的成果,本期化学空间的小编带大家走进“C&EN 的年度分子 (2022)”。

1.混价双核镧系超硬磁体

镧系元素配位化合物因其在液氮温度附近的持久磁性而倍受关注。University of California-Berkeleyd的Jeffrey R. Long教授课题组发现引入金属-金属键可以增强磁体的矫顽力(Science 2022, DOI: 10.1126/science.abl5470)(图 1)。碘离子桥连铽或镝二聚体的还原可以得到金属之间的单个电子的化学键,限制了其他价电子的排列,进而使得此类化合物在低温下具有巨大的磁性。铽和镝化合物产生的矫顽场(The resultant coercive fields)分别在低于50和60 K时超过14 T。

图 1 . 混价双核镧系超硬磁体。图来自C&EN

“Ultrahard magnetism from mixed-valence dilanthanide complexes with metal-metal bonding.

Colin A. Gould1, K. Randall McClain, Daniel Reta, Jon G. C. Kragskow, David A. Marchiori, Ella Lachman, Eun-Sang Choi, James G. Analytis, R. David Britt, Nicholas F. Chilton*, Benjamin G. Harvey*, Jeffrey R. Long*.

Science, 2022,375, 198-202.DOI: 10.1126/science.abl5470

2.Sc2C,一种二维半导体电极

二维电子化合物具有高电子迁移率和快速电子输运等独特的电学性能,是一组以离域电子和高导电性能著称的材料。前人的研究发现,电子化合物通常是金属的,但2022年最新的研究表明电子化合物还可以是一种半导体,即二维半导体电极Sc2C (J. Am. Chem. Soc. 2022,DOI:10.1021/jacs.2c03024)(图 2)。研究人员认为:层状 Sc2C是第一个具有半导体特性的二维电子化物,开辟了一类令人着迷的新型电子化物材料,在能量存储或光电子学中具有多种可能的应用。

图2 Sc2C,一种二维半导体电极。图来自C&EN

Sc2C, a 2D Semiconducting Electride

Lauren M. McRae, Rebecca C. Radomsky, Jacob T. Pawlik, Daniel L. Druffel, Jack D. Sundberg, Matthew G. Lanetti, Carrie L. Donley, Kelly L. White, and Scott C. Warren*

J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 10862–10869. DOI:10.1021/jacs.2c03024

3.颠覆规则HzTFEX2

2022年,日本化学家宮島大吾 (Daigo Miyajima)教授团队首次合成了Singlet-Triplet能量间隙为负的有机分子―HzTFEX2,并观测道该分子可高效发光,并成功制造了一种异常高效的蓝光OLED (Nature 2022,DOI:10.1038/s41586-022-05132-y)(图 3)。该小组利用计算模拟发现七嗪分子在激发的三重态比单重态具有更高的能量,此结论与Hund 规则相悖。在这项研究中,首次证明了具有负ΔEST的发光材料的存在,并对支持可持续发展社会的节能有机EL显示器和照明的发展做出巨大贡献。

图 3 颠覆规则―HzTFEX2。图来自C&EN

Delayed fluorescence from inverted singlet and triplet excited states

Naoya Aizawa*, Yong-Jin Pu*, Yu Harabuchi, Atsuko Nihonyanagi, Ryotaro Ibuka, Hiroyuki Inuzuka, Barun Dhara, Yuki Koyama, Ken-ichi Nakayama, Satoshi Maeda, Fumito Araoka & Daigo Miyajima*

Nature, 2022, 609, 502-506, DOI: 10.1038/s41586-022-05132-y

 

4. 分子结三叶草

结(knot),在我们现实世界中随处可见,如生活中的蝴蝶结、中国结以及系鞋带的活结,可以很美观,也可以很实用。David A.Leigh教授利用Vernier模板法得到了具有六个交叉点的祖母结,以及具有的十二个交叉点的三曲腿(Science 2022,DOI:10.1126/Science.abm9247)(图 4)。David A.Leigh教授的三叶草是三方交叉的三方交叉,该分子是由一条连续的链组成,包含378个令人眼花缭乱的原子,并以破纪录的12次跨越结下了一个分子结。该分子由研究人员耗时三年完成,并通过大量的时间提纯和证明其正是研究人员所需要的结构,还对于研究分子拓扑与编织材料具有重要意义。

图 4分子结―三叶草。图来自C&EN

Vernier template synthesis of molecular knots

Zoe Ashbridge, Elisabeth Kreidt, Lucian Pirvu, Fredrik Schaufelberger, Joakim Halldin Stenlid, Frank Abild-Pedersen, David A. Leigh*

Science, 2022, 375, 1035-1041, DOI: 10.1126/science.abm9247

5. 最大内部空腔的分子-吖啶[4]芳烃

2022年,化学家合成了具有最大内部空腔的分子(Angew. Chem., Int. Ed. 2022, DOI: 10.1002/anie.202209885)(图 5)。该分子是一侧带有开口,中空的分子容器,可用于传感、环境净化或催化等领域。吖啶[4]芳烃的内部体积为814Å3,是之前报道分子内部空腔的两倍。

图 5最大内部空腔的分子-吖啶[4]芳烃。图来自C&EN

Megalo-Cavitands: Synthesis of Acridane[4]arenes and Formation of Large, Deep Cavitands for Selective C70 Uptake

Jonathan Pfeuffer-Rooschüz, Salome Heim, Alessandro Prescimone, Konrad Tiefenbacher

Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202209885;, DOI: 10.1002/anie.202209885

6. 捕捉电子的全氟立方烷

全氟立方烷是一种奇特的小分子。2022年,化学家合成了一种从未见过的C8F8化合物,其由一个碳原子立方体组成,八个顶点中的每一个都有氟原子(Science 2022,DOI:10.1126/Science.abq0516)(图 6).该分子的C-F反键轨道可以在立方体中捕获一个电子,产生一个短寿命的自由基阴离子。

图 6捕捉电子的全氟立方烷。图来自C&EN

Electron in a cube: Synthesis and characterization of perfluorocubane as an electron acceptor

Masafumi Sugiyama, Midori Akiyama, Yuki Yonezawa, Kenji Komaguchi, Masahiro Higashi, Kyoko Nozaki, Takashi Okazoe*

Science. 2022, 377, 756-759, DOI: 10.1126/science.abq0516

图 7 民意调查。图来自C&EN

最后,C&EN官网通过民意调查将全氟立方烷选为2022年读者最喜欢的分子(图 7)。

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