北理工謝靜教授在Nature上發(fā)表錒系金屬讓芳香性/反芳香性共存的合作論文
發(fā)布日期：2020-03-16 供稿：化學(xué)與化工學(xué)院
編輯：李亞鑫 審核：張加濤 閱讀次數(shù)：
近日,，北京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院引進(jìn)的特立青年學(xué)者謝靜教授在《Nature》雜志上合作發(fā)表題為“Actinide 2-metallabiphenylenes that satisfy Hückel’s Rule”（符合“休克爾定律”的錒系金屬取代亞聯(lián)苯化合物）的文章（Nature 2020, 578, 563-597）, 錒系金屬讓芳香性和反芳香性環(huán)共存。謝靜教授為該論文的共同第一作者,，負(fù)責(zé)完成論文的理論計(jì)算部分,，此研究是與美國洛斯阿洛莫斯國家實(shí)驗(yàn)室Jaqueline L. Kiplinger課題組以及美國明尼蘇達(dá)大學(xué)Laura Gagliardi教授合作完成。
芳香性和反芳香性是有機(jī)化學(xué)中的重要概念（由休克爾定律定義）,，亞聯(lián)苯分子同時(shí)具有芳香環(huán)和反芳香環(huán),。亞聯(lián)苯的類似物，也就是一個(gè)苯環(huán)被不同的4n+2 π-電子體系所取代的化合物,，至今只存在于有機(jī)化合物中,。有金屬原子參與的芳香性與反芳香性共存的化合物還未見報(bào)道,，嘗試制備鋯取代的亞聯(lián)苯化合物的努力也不成功。Kiplinger課題組Pagano博士和Gagliardi課題組謝靜博士猜想,，錒系元素的5f電子具有高度離域性,，是否有助于金屬亞聯(lián)苯化合物的形成。錒系元素是第七周期5f族元素,，除了錒,、釷、鏷,、鈾外均為人工合成元素,，通常不穩(wěn)定，且具有放射性同位素,。通過還原錒系金屬茂合物,，本工作合成了第一例由錒系金屬取代的亞聯(lián)苯化合物，該化合物具有近似平面的三個(gè)環(huán)形結(jié)構(gòu),。錒系元素的5f軌道促使C-C鍵耦合,，形成一個(gè)具有反芳香性的環(huán)丁二烯環(huán)狀結(jié)構(gòu)，這為元素周期表注入了新的內(nèi)容,。謝靜博士對該化合物進(jìn)行了電子結(jié)構(gòu)理論計(jì)算,。核磁共振光譜實(shí)驗(yàn)及核獨(dú)立化學(xué)位移計(jì)算表明，此化合物包含一個(gè)反芳香性的環(huán)丁二烯環(huán)以及一個(gè)芳香性的苯環(huán),。錒系金屬鈾參與的五元環(huán)中,，5f電子離域，U-C鍵具有一定程度的共價(jià)性,。此外,，光譜實(shí)驗(yàn)、Kohn-Sham分子軌道組分分析及自然成鍵軌道計(jì)算都表明鈾元素的f2電子與含碳配體成鍵具有共價(jià)性和電子離域性,。
圖1. a. 錒系金屬取代亞聯(lián)苯化合物展示反芳香性的四元環(huán)和芳香性的五元環(huán).b. 合成路線. c. 自然成鍵軌道（NBO）顯示U-C sigma鍵,。
本工作利用錒系元素5f電子的離域性，首次合成并表征了含有金屬亞聯(lián)苯化合物,，使反芳香性和芳香性共存,，拓展了對錒系元素的認(rèn)識，同時(shí)為元素周期表注入了新內(nèi)容,。本文合成的新化合物可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)還有待進(jìn)一步研究,。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2004-7
相關(guān)報(bào)道：
xmol: https://www.x-mol.com/news/249278 (全文詳細(xì)介紹)
ChemistryWorld: https://www.chemistryworld.com/news/uranium-and-thorium-make-their-debut-in-dual-aromatic-antiaromatic-molecule/4011258.article
ChemistryViews: https://www.chemistryviews.org/details/news/11224413/First_Metallabiphenylene_Analogues_Synthesized.html
附作者簡介：
謝靜教授，2006 – 2010 北京師范大學(xué),，學(xué)士,；2010 – 2015 美國德克薩斯理工大學(xué)，博士；2015 – 2019 美國明尼蘇達(dá)大學(xué),，博士后,；2019年入選北京理工大學(xué)校內(nèi)人才計(jì)劃“特立青年學(xué)者”，2019年3月加盟化學(xué)與化工學(xué)院李澤生教授團(tuán)隊(duì),。
研究方向?yàn)橛?jì)算化學(xué),，研究興趣包括運(yùn)用直接動(dòng)力學(xué)模擬氣相化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過程，探索反應(yīng)機(jī)理,，微溶劑化作用,；重金屬化合物、簇合物的電子結(jié)構(gòu)計(jì)算,；鋰硫電池正極材料及電解質(zhì)的計(jì)算?，F(xiàn)主持國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目一項(xiàng),，北京理工大學(xué)“高層次人才科研啟動(dòng)計(jì)劃”項(xiàng)目一項(xiàng),。至今，在Science, Nature, Acc. Chem. Res., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed, Chem. Sci., Nature Chem., J. Phys. Chem., J. Chem. Phys. 等學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文20余篇,。團(tuán)隊(duì)網(wǎng)頁：https://www.x-mol.com/groups/jingxie ,。
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