化學合成基于氮雜環卡賓基元的糾纏立方體

　　糾纏立方體具有典型的柏拉圖立方體的拓撲結構。2008年，數學家Hyde等人提出了五種糾纏立方體（即A-E）的圖理論。

　　雖然糾纏立方體的圖形已經被提出，但是迄今為止通過化學合成這些糾纏立方體的例子極少，甚至最簡單的“A-類型”糾纏立方體的合成仍是極大挑戰。隨著超分子化學的快速發展，利用有機連接子和金屬節點的配位驅動自組裝可以實現結構復雜和功能多樣的超分子體系的精準構筑。相比于廣泛使用的Werner型配體外，氮雜環卡賓（NHC）配體作為一種新型超分子體系結構基元，由于豐富的氮雜環類型和骨架易修飾等優勢，被認為是構筑有機金屬超分子組裝體的潛在功能配體。

　　近日，西北大學化學與材料科學學院韓英鋒教授課題組在功能化金屬卡賓組裝體的構筑、后合成修飾等領域取得系列進展的基礎上，利用不同橋連基團（苯基、聯苯和亞甲基聯苯）的雙核金氮雜環卡賓配合物與H2S反應得到三種不同的有機金屬配合物。他們研究發現：當雙核金氮雜環卡賓配合物的中心橋連單元為聯苯時，其與H2S反應形成“A-類型”糾纏金屬立方體b；當雙核金氮雜環卡賓配合物的中心橋連基團為更短的苯基或者更長且柔性的亞甲基聯苯時，在相同條件下與H2S反應時，其產物為簡單的螺旋化合物a, c。

　　他們又通過X-射線單晶衍射證實了糾纏金屬立方體b的拓撲結構和組成。b的分子結構由八個金-硫簇單元[(μ3-S)Au3]+和十二個雙齒NHC配體組成。在拓撲分析中，將雙齒NHC配體用股線表示，[(μ3-S)Au3]+單元簡化為球，可以發現八個雙齒NHC配體和金(I)硫簇單元形成了互鎖的金屬環。其他四個氮雜環卡賓配體在這兩個互鎖金屬環之間纏繞。該拓撲結構正是科學家預測“A-類型”的糾纏立方體模型的例證。分子內作用力分析展示了苯環與相鄰配體之間存在CH···π相互作用，糾纏金屬立方體的形成是通過多個π-π/CH···π相互作用和相對強的CNHC-金屬-雜原子配位的協同作用實現的。

　　上述研究結果近日發表在《德國應用化學》（Angew. Chem. Int. Ed. ）。據該領域相關專家認為，該工作不僅豐富了分子納米拓撲庫，而且為從簡單的金屬氮雜環卡賓結構單元合成高度糾纏的拓撲結構提供了方法，并為它們的進一步應用奠定了基礎。

　　博士研究生馬莉莉和李陽為論文共同第一作者，孫麗英博士和韓英鋒教授為論文共同通訊作者。