把化學玩出花樣——解讀2016年「明星分子」

?在剛剛過去的一年中，化學化工領域有許多值得大書特書的研究成果，這其中就包括了誕生於2016年的諸多「明星分子」。這些分子「酷炫」的結構的背後，是科學家們探索未知世界的不懈努力。《化學化工新聞》評選了7種在2016年創造紀錄的分子，快來領略一下它們的風采吧。

首個形成雙螺旋結構的無機化合物

DNA的雙螺旋結構為人們所熟知。自發現DNA雙螺旋結構起的60餘年以來，人們一直希望能夠發現其他能夠形成雙螺旋結構的化合物，特別是無機物。然而已經證實的例子要麼仍然含有碳元素，要麼必須經由特殊的模板才能實現雙螺旋結構。在2016年，來自德國慕尼黑工業大學的Tom Nilges等研究人員終於發現首個能形成雙螺旋結構的無機物——由磷、碘和錫三種元素形成的化合物SnIP. 在這個化合物中，雙螺旋的一條鏈為磷化物負離子，另一條鏈為碘化錫正離子。

SnIP形成的針狀晶體

?相關論文：Inorganic Double Helices in Semiconducting SnIP

二茂鐵是一種金屬有機化合物，分子式為Fe(C5H5)2. 在二茂鐵分子中，兩個環戊二烯通過配位鍵將鐵原子夾在中間，整個分子看上去好像一塊夾心餅乾或者三明治，因此它又被稱為夾心配合物。在2016年，來自倫敦帝國學院的研究人員成功將多個二茂鐵分子首尾相鄰得到形狀像是摩天輪的大環結構。這種大環結構有可能被用來檢測特定分子或離子的存在並將其捕獲，因而可能具有獨特的應用價值。

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相關論文：Oligomeric ferrocene rings

銫與氟聯手打造超高配位數

銫與氟這兩種元素分別位於元素周期表的左下角和右上角，在具有穩定同位素的元素中，前者電負性最低，後者電負性最高。因此，研究人員期待二者相遇時會創造出新奇的結構。在2016年，來自德國馬克斯·普朗克煤炭研究所的Klaus-Richard P?rschke等人報道，在一種分子式為Cs[H2NB2(C6F5)6] 的化合物中，一個銫原子可以與高達16個氟原子相配位，再次書寫了超高配位數的紀錄。所謂配位數，指的是在分子或者離子中與某個原子相鄰的原子個數，較高的配位數意味著一個原子可以形成更多的共價鍵。超過12的配位數就已經相當罕見，此前研究人員曾經分別在含有釷和鈷的化合物中實現15和16的配位數。

Cs[H2NB2(C6F5)6] 的結構示意圖

同時含有單鍵、雙鍵和三鍵的化合物

1978年，來自美國麻省理工學院的研究人員David N. Clark 和Richard R. Schrock合成了一種含有金屬鎢的有機物。在這個有機物的分子中，鎢原子同時以單鍵、雙鍵和三鍵與不同的碳原子結合。近30年後，來自美國密歇根州立大學的Aaron L. Odom等研究人員推出了他們的 「仿製品」 。在他們合成出的這個負離子中，鉻原子同時以單鍵、雙鍵和三鍵與不同的氮原子相結合。

?在Schrock（左）和Odom（右）分別合成的化合物中，金屬原子都同時以單鍵、雙鍵和三鍵與碳原子或者氮原子結合。

報道：A complex with nitrogen single, double, and triple bonds to the same chromium atom:synthesis, structure, and reactivity

把氮族元素串在一起

氮族元素，又稱第15族元素，包含了元素周期表上自上而下氮、磷、砷、銻和鉍五種元素（不計剛剛被正式命名的第115號元素Mc）。在2016年，來自英國牛津大學的Alexander Hinz和來自德國羅斯托克大學的Axel Schulz 和Alexander Villinger成功合成出一種新的化合物。該化合物不僅同時含有氮、磷、砷和銻這四種元素，且這四種元素的原子通過化學鍵直接相連。幾位研究人員認為，將鉍也添加到分子中是有可能的。如果這一目標成功實現，他們將創造一項紀錄：在同一個分子中實現同一組元素的 「大團圓」 。

?誕生於2016年的這種化合物不僅同時含有氮、磷、砷和銻四種元素，且四種元素的原子直接通過共價鍵相連

相關論文：Synthesisof a Molecule with Four Different Adjacent Pnictogens

迄今極性最強的電中性分子和最強的鹼

極性是化學中的重要概念，用來描述分子或者構成分子的基團或者化學鍵中電荷分布的不均勻程度。在2015年，來自荷蘭的研究人員宣布合成出世界上極性最強的分子——1,2,3,4,5,6-六氟環己烷的全順式同分異構體。然而僅僅一年後，這一紀錄就被打破。來自德國馬克斯·普朗克高分子科學研究所的Klaus Müllen帶領的研究團隊成功合成出一系列六取代苯化合物。在這些化合物中，苯環一側上的氫原子被強的吸電子基團氰基所取代，而另一側的氫原子則被強的給電子基團氨基所取代，因此整個分子中電荷分布極不平衡，電偶極矩超過10德拜，其中5，6-二氨基四苯腈的電偶極矩更是高達14.1德拜，遠遠超過1,2,3,4,5,6-六氟環己烷的全順式同分異構體6. 2德拜的電偶極矩。

同樣是在2016年，在一項氣相實驗中，來自澳大利亞昆士蘭科技大學的Berwyck Poad和他的研究團隊成功合成出迄今最強的鹼——鄰二苯乙炔的二價負離子。

迄今最強的鹼（左）和極性最強的電中性分子（右）的化學結構式

?相關論文：Hexasubstituted Benzenes with Ultrastrong Dipole Moments