年度最酷的七大分子

來源 C&EN

*本文經葯明康德微信公眾號」學術經緯「授權轉載

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一朵新開的「太陽花」

過硫化六苯並苯(persulfurated coronene)因為它與太陽花相似而被稱為「太陽花」分子。今年一朵這樣的「太陽花」開放了。這是第一個完全硫取代的多環芳烴( fully sulfur-substituted polycyclic aromatic hydrocarbon)，是環狀雜環碳硫化物 (circular heterocyclic carbon sulfide compounds) 類別中的第二個成員。德國德累斯頓工業大學(Dresden University of Technology)的馮新亮教授和馬克斯普朗克高分子研究所(Max Planck Institute for Polymer Research)的Klaus Müllen博士率領的團隊合成了這朵「太陽花」(J. Am. Chem. Soc. 2017, DOI: 10.1021/jacs.6b12630)。化學家們希望能夠合成更多這類化合物，其中包括最簡單的過硫化苯(persulfated benzene)。它們可以在電池陰極和其它電子材料中使用。

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一顆分子新星的誕生

Credit: Chem.–Eur. J.

化學家今年合成了這一五角星形的鈀配位絡合物(palladium coordinating complex)。它的獨特性不但在於它有一個由等腰梯形環繞著五邊形的獨特形狀，而且它是第一個包含兩種不同非螯合配體的五核自組裝多室分子。印度理工學院馬德拉斯分校(Indian Institute of Technology Madras)的Kumar Chand博士和他的同事認為他們合成的分子將激勵人們合成像細胞一樣的籠狀分子，它們可以應用於生物醫學領域(Chem.–Eur. J. 2017, DOI: 10.1002/chem.201702264)。

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降冰片烷基礎上構建更複雜的分子

今年兩支研究團隊分別完成了很具挑戰性的全新橋連多環烴(bridged polycyclic hydrocarbons) 的合成，它們是降冰片烷(norbornane)的衍生物，而降冰片烷本身就是很複雜的分子。瑞士巴塞爾大學(University of Basel)的Marcel Mayor博士率領的團隊合成了trinorbornane。一個由兩個降冰片烷分子共享一對相鄰的邊界而形成的對稱的C11H16分子。這項研究擴展了完全人工合成自然產物的技術(Chem. Commun. 2017, DOI: 10.1039/c7cc06273g)。德國明斯特大學(University of Munster)的Volodymyr Kozel 和 Günter Haufe博士率領的團隊合成了 nortricyclene triol,目前最小的顯示出三重對稱性的手性多環化合物(Angew. Chem. Int. Ed. 2017, DOI: 10.1002/anie.201709279)。

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編織分子結

Credit: Robert W. McGregor

英國曼徹斯特大學(University of Manchester)的David A. Leigh博士和他的同事們將三股螺旋分子編織在一起形成一個分子結(molecular knot)。Leigh博士的團隊先利用鐵原子引導聯吡啶基配體(bipyridine-based ligands)組裝稱為鞭狀結構(braided structure)，然後利用複分解化學(metathesis chemistry)將幾股配體末端的烯烴(olefins)連接起來。研究人員希望能夠合成更複雜的編織結構，甚至能夠編織聚合物(Science 2017, DOI: 10.1126/science.aal1619)。

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雜環系統中缺失的一環

化學家們很多年來一直在將硼(boron)、碳、氮、氧元素以不同方式組合在一起形成多種多樣的六元雜環系統(six-membered heterocyclic ring systems)。其中一個目標是構建一個包含缺電子硼原子(electron-deficient boron atoms)的多環芳香族化合物。這種化合物在製造光電設備時很有用。但是將氮原子和氧原子同時與硼原子融合到雜環結構上是一個嚴峻挑戰。日本微生物化學研究所(Institute of Microbial Chemistry)的Masakatsu Shibasaki 和Naoya Kumagai 博士合成了dioxaazatriborinane (B3NO2)，它是環硼氮烷(borazines, B3N3)和環硼氧烷(boroxines, B3O3)之間缺失的一環。研究人員發現dioxaazatriborinane可以作為醯胺化(amidation)反應的有機催化劑，其效果顯著強於以往的硼基有機催化劑(Nat. Chem. 2017, DOI: 10.1038/nchem.2708)。

6

最大最複雜的多糖

碳水化合物合成的一項記錄今年被打破，北京大學(Peking University)的葉新山課題組合成了一個聚糖(glycan)，它的分子量幾乎是以前合成的聚糖的2倍，結構更是非常複雜。這一稱為阿拉伯半乳聚糖(arabinogalactan)的多糖由92個糖基構成，是引起結核病的結核分枝桿菌(Mycobacterium tuberculosis)細胞壁的重要組成部分。抗結核葯乙胺丁醇(ethambutol)能夠抑制這種多糖的合成。天然聚糖擁有不同結構形態的特點和稀有性讓它們很難作為藥物或疫苗的靶點來提純和研究(Nat. Commun. 2017, DOI: 10.1038/ncomms14851)。合成這種聚糖有可能幫助對治療結核病的研究。

7

獨特的電子結構

今年化學家增加了三氮原子成鍵的方式。以富含電子氮為中心的分子通常行使路易斯鹼(Lewis base)的功能，提供一個電子對與接受者成鍵。以色列理工學院(Technion-Isreal Institute of Technology) 的Mark Gandelman博士帶領的團隊發現了一種三唑鎓鹽(triazolium salt)，在這個化合物中氮中心行使的是路易斯酸的功能(J. Am. Chem. Soc. 2017, DOI: 10.1021/jacs.6b12360)。另外，含氮三唑基(triazenyl radicals)可以用光譜手段被檢測到，而且可以在過渡金屬配合物(transition-metal complexes)中作為配體。但是它很難被穩定下來並且被提純。韓國基礎科學研究所和浦項科技大學(Pohang University of Science & Technology)的Eunsung Lee博士帶領的研究人員用N-雜環卡賓(N-heterocyclic carbenes)作為穩定取代基將它穩定下來。研究人員將它用於鋰離子電池的陰極材料(J. Am. Chem. Soc. 2017, DOI: 10.1021/jacs.7b08753)。

參考資料：

[1] MOLECULESOF THE YEAR

C&EN highlights some of the coolest compounds reported in 2017

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