各位化学空间的读者朋友们，时隔好久没有写干货给大家了，让你们久等了。

今年四月中旬，中日各大媒体平台刊登了伊丹（Itami）研究室Erato项目组的一篇science工作

Synthesis of a carbon nanobelt

Guillaume Povie, Yasutomo Segawa, Taishi Nishihara, Yuhei Miyauchi, Kenichiro Itami. Science 2017, 356, 172-175. DOI: 10.1126/science.aam8158

该工作很快被各媒体转载highlight介绍，国内材料人、X-mol公众号先后刊登新闻报道的时候，化学空间的网友们就转发给我，希望化学空间也来写写。虽然下笔迟了一些，不过作为伊丹组曾经的一员，没来得及写通讯，就写一些这篇工作背后的故事吧。

图片来自伊丹组主页及材料人、X-mol微信公众号截图，经加工

先介绍一下，这一项工作是伊丹组发表的第二篇Science文章，之前的一篇Science工作是化学生物学领域，始于名古屋大学生物科的Toshinori Kinoshita课题组合作共同完成的，通过开关型荧光分子探针的设计阐明寄生农作物的杂草独脚金(Striga asiatica)种子发芽机理的研究，有兴趣的同学也可以看看。

（Probing strigolactone receptors in Striga hermonthica with fluorescence Yuichiro Tsuchiya, Masahiko Yoshimura, Yoshikatsu Sato, Keiko Kuwata, Shigeo Toh, Duncan Holbrook-Smith, Hua Zhang, Peter McCourt, Kenichiro Itami, Toshinori Kinoshita, and Shinya Hagihara, Science2015, 349, 864. DOI: 10.1126/science.aab3831 【detail】)

但是这一次发表工作，是截然不同的研究领域，属于碳纳米材料分子合成领域，这一工作是由伊丹组Erato项目组独立完成的，严格意义上讲，这是组里的第一篇Science。从科学的突破上，媒体说这是科学家们等了60年，终于实现了第一例碳纳米带的合成。听朋友说文章在Science出刊的那天，日本的媒体快把研究室Erato项目组的电话打爆了。

先来说一说什么是Erato项目吧，在国内的话，同等地位的应该就是国家级重点科技战略项目吧。Erato项目是JST（日本科学技术振兴机构）下属的资助力度和科学前瞻性最强的科研项目，没有之一。它的资助期限为六至七年，在日本化学界，一般都是不超过50岁的杰出青年科学家来角逐竞争，要是说哪位教授拿到了Erato项目，那绝对可以想象这位化学家在日本业界的影响力。比如下图中除另外几位正在进行Erato项目的教授，分别来自东京大学的金井 求（Motomu KANAI），东北大学的磯部 宽之 （Hiroyuki ISOBE)、九州大学的安达 千波矢（Chihaya ADACHI）教授， 感兴趣的可以去了解一下他们的化学。作为曾经主持过Erato项目，现在已经结题的几位教授，读者不妨去检索一下这些教授的研究和简历，看看哪一个不是业绩先驱性的人物，由此可见这个项目的实力。

具体说一下伊丹分子碳纳米研究计划项目吧，看看项目组主页的图，分为红绿蓝三种颜色，代表三个研究方向。红色是新型碳纳米分子的设计及合成研究，绿色则是碳纳米分子的吸付・磁性・光学材料中的应用研究，蓝色是新型碳纳米分子的结构、理化性质及其应用研究，从设计合成，结构性质阐明、以及在新材料中应用探索三个方面去开辟碳纳米分子的未来。这一个项目组的规模赶上一个研究室的规模了，因为课题的挑战性和长周期性，所以很多开拓性的研究是由博士后以及高年级的博士生来完成的。

图片来自伊丹组Erato项目组主页

同为伊丹组的成员，我博后期间的研究职位所属于JSPS支持下的WPI-ITbM研究所 （变革型生命分子研究所），从事的主要是化学生物学合作研究，Erato项目和ITbM项目可以说囊括了伊丹组的很大一部分成员，剩下做金属有机化学或方法学的人为数不多，三部分加起来才是真正的伊丹组 Itami group，很庞大的一个研究组，最多的时候，有六七十人。。。（开个group party连居酒屋都不好预约的节奏），研究组成员很活跃，非典型性日本人居多，非常国际化，我也是在那个时候结识了很多来自日本和中国以外的许多国际友人，尤其是欧洲和北美。这次Science文章的作者Guillaume Povie便是其中的一位。

看他的研究背景，博士期间是做有机硼试剂的自由基反应研究的，来了伊丹组也是从零开始，研究金属有机催化的碳碳键构建反应尤其是构建大的共轭体系分子。这大概是伊丹组对于博后的要求吧，第一就是课题要有挑战，第二就是研究方向必须改变，这样的研究历练才能获得新生。一个好的研究者，是应该在适当的时机从零开始的，博后阶段就是很好的机会。

说了这么多，回归正题，下面就来谈谈这次研究的主题 Carbon Nanobelt（碳纳米带），其实对于很多读者来说，可能不太了解，要说清楚什么是Carbon Nanobelts就必须先谈谈1991年发现的Carbon Nanotubes（CNTs）啦，如图中绿色部分，列出了两大类CNTs家族，Zigzag型和Armchair型，分别用线条高亮，告诉你两者的区别（当然还有一个家族是chiral CNTs, 它是不规则型，比较复杂，在这里没有列出来）。对于这两大家族的CNTs分别来看，比如Zigzag CNTs的最小结构单元，右边蓝色部分的第一个分子–cyclacene，1954年就被科学家提出，至今 还未被合成出来；而对于Armchair CNTs, 下面灰白色区域中的CPP，可以看做它的最小结构单元。为什么同为CNTs的最小结构单元，一个叫Carbon Nanobelt（纳米带），一个叫做Carbon Nanoring（纳米环）？！

同为单层苯环所构成的CPP和Cycloacene，一个是Ring，一个却是Belt，该如何区分呢？其实在Itami组之前发表的一篇OL文章中，就对二者的定义做了简单明了阐述，如下图所示，很清晰吧，大家应该看明白了吧。

对于这两种结构单元，都可以将它们看成是组成碳纳米管的最小“积木”，有了这样的环状分子做模板，通过有机化学方法选择性合成碳纳米管将变得可能，因此它们的合成一直以来都受到人们的关注，科学家们也一直在攻克、挑战这些分子高张力的分子。

其中，CPP等碳纳米环的合成目前已经被多位化学家成功实现，以 Jasti, Müllen, Itami, Yamago, Isobe 等人为代表，开发了各具特色的有效的合成策略（请大家点击查看各研究组主页，绝对精彩的工作），目前已经较为成熟了。与此相对，Carbon Nanobelt的合成就显得艰难的多了。最近,新加坡国立大学的Jishan WU教授在Chem杂志中，发布了题为 “After 60 Years of Efforts: The Chemical Synthesis of a Carbon Nanobelt” 的Preview, 里面详细说了在这过去的69年里，科学家的尝试和失败，其中尝试的这些结构特异的CNBs前体的热力学稳定性和产物的较大的环张力，使得合成一次次遭遇滑铁卢，但却为后来人提供了些许启发，并一点点的迎来成功合成的曙光。。。（未完待续）