近日，中国科学院化学研究所陈传峰课题组在英国皇家化学会期刊 Chemical Communications 上发表了题为 “3,6-Fluoren[5]arenes: synthesis, structure and complexation with fullerenes C₆₀ and C₇₀”的论文。作者从 3,6-二甲氧基芴出发通过一步反应高产率合成了一种新型的大环芳烃主体分子，并将其命名为 3,6-芴[5]芳烃。3,6-芴[5]芳烃具有对称的五边形结构以及一个大的富电子空腔，能够与富勒烯 C₆₀ 和 C₇₀ 形成 1:1主客体络合物，络合常数大于 10⁵ M^-1。

大环芳烃是一类以亚甲基或次甲基桥联芳环而形成的大环主体分子，由于其独特的结构以及优异的分子识别与组装性能，因而已受到了超分子化学家们的广泛关注与极大重视。新型大环主体分子体系的发展是大环化学以及超分子化学研究领域的一个永恒主题，尤其是随着杯芳烃、柱芳烃等大环芳烃在超分子化学研究中大放异彩，新型大环芳烃主体分子的设计与构建于近年来正成为该领域的一个热点与重点课题。

由方便、易得的 3,6-二甲氧基芴及其衍生物出发，通过其与多聚甲醛在三氟化硼乙醚催化下缩合反应，以 70% 以上产率得到环状五聚体，命名其为 3,6-芴[5]芳烃(图 1)。

3,6-芴[5]芳烃的结构通过核磁与高分辨质谱确认。X 射线单晶结构显示该芴芳烃具有规整的五边形结构，其边长为 9.90 Å，相邻两个芴环的夹角为 113.69^o (图 2)。由于芴的平面刚性结构，该大环具有一个直径为 10.12 Å 的大孔径空腔。此外，研究发现该大环在 a 轴方向能够有序堆积形成管状结构。

进一步研究了3,6-芴[5]芳烃与富勒烯 C₆₀ 和 C₇₀ 之间的主客体作用。首先通过荧光滴定实验确定了主客体的络合比为 1:1，并分别测定了大环主体与富勒烯的络合常数，发现二者的络合常数均大于 10⁵ M^-1(表 1)。

通过核磁方法研究了 5 与富勒烯的相互作用，表明二者的络合作用是一个快速过程。进一步对主客体进行了独立梯度模型分析(图 3)，结果表明富勒烯主要被处于竖直状态的三个芴环所包围，并且 C₆₀@4 和 C₇₀@4 表现出类似的结构。3,6-芴[5]芳烃与富勒烯的络合主要依靠色散力，此外还存在较弱的 CH…π 相互作用，这些多重的分子间相互作用导致稳定的主客体络合物的形成。

作者通过一步反应以高产率合成了一种新型的大环芳烃，3,6-芴[5]芳烃。结构研究表明 3,6-芴[5]芳烃具有对称的五边形构型与柔性的构象，并具有直径为 10.12 Å 的大尺寸富电子空腔。进一步发现该大环可以与 C₆₀ 和 C₇₀ 形成 1:1 主客体络合物，络合常数大于 10⁵ M^-1。

本文报道的研究工作得到了国家自然科学基金的资助。中国科学院化学研究所硕士研究生汪佳琪为第一作者，陈传峰研究员和韩莹副研究员为本文通讯作者。

• 3,6-Fluoren[5]arenes: synthesis, structure and complexation with fullerenes C₆₀ and C₇₀
  Jiaqi Wang,(汪佳琪，中国科学院化学研究所) Yin Han* (韩莹，中国科学院化学研究所) and Chuan-Feng Chen*(陈传峰，中国科学院化学研究所)
  Chem. Commun., 2021, Advance Article
  http://doi.org/10.1039/D1CC00916H

  

  
  

韩莹 副研究员

中国科学院化学研究所

2013 年博士毕业于中国科学院化学研究所，目前在中国科学院化学研究所工作、任职副研究员，主要研究方向为基于新型大环主体的超分子化学研究。

陈传峰 研究员、博导

中国科学院化学研究所

主要从事基于新型大环主体的超分子化学、分子机器与刺激响应性超分子材料、新型有机发光材料的设计合成及其应用、螺烯化学等研究工作。已发表论文 300 余篇，申请专利 23 项，撰写中文著作 1 本、英文著作 2 本、参编论著 10 章节。