重磅，2024 年度六大化学分子公布

来源 | 美国化学会《化学与工程新闻》

近日，美国化学会《化学与工程新闻》（C&EN) 编辑重点介绍了过去一年中读者们最喜欢的一些分子，其中经过读者投票，α-ʟ-环糊精（α⁠-⁠ʟ⁠-⁠cyclodextrin）被选为年度分子（见下图）。

新型固体吸附剂 MOF 捕获高温 CO2

Hot MOF for capturing carbon

加州大学伯克利分校 Jeffrey R. Long 教授课题组在 Science 上发表论文 (Science 2024, DOI:10.1126/science.adk5697 ) ，报道了一种新型固体吸附剂，通过在一种名为 MFU-4l 的金属有机框架（MOF）中引入端位锌氢化物（ZnH），可以在高达 200 °C 的高温和低浓度 CO2 条件下实现对 CO2 的可逆捕集。机理研究表明，这种基于 MOF 的吸附剂相比胺基吸附剂具有更高的反应吉布斯活化能（ΔG），使得高温废气本身成为反应的能量来源，无需冷却处理，从而直接实现选择性吸附，展现了在工业废气处理系统中潜在的应用前景。详见：Science: 在具有终端氢化锌位点的多孔材料中捕获高温二氧化碳 - 加州伯克利 Jeffrey R. Long 教授

ZnCl-MFU-4l 结构

单电子碳-碳键

Single-electron carbon-carbon bond

Lewis 于 1916 年首次提出了两个原子共享一对电子的概念，随后 Langmuir 于 1919 年将其命名为「共价键」，这一概念在理解化学键方面仍然具有重要意义。随后，诺贝尔奖获得者 Pauling 提出了一个概念，即两个原子之间共享一个未成对电子的共价键（「单电子 σ 键」）。90 多年后，化学家们已经通过实验证实了它的存在（Nature 2024, DOI:10.1038/s41586-024-07965-1）。他们利用了六苯乙烷（HPE）分子另一个重要特征 - 中心 C-C 键因周围芳基形成的空间位阻而被伸长（>1.6 Å），键伸长又导致了 HOMO 能级的提高。基于此，他们通过具有伸长 C-C 单键六苯乙烷（HPE）的单电子氧化分离出具有 C•C 单电子 σ 键的化合物，再经单晶 X-射线衍射分析、拉曼光谱以及密度泛函理论计算证实了 C•C 单电子 σ 键（100 K 下为 2.921(3) Å）的存在。详见：Nature: 新化学键问世 → 为百年前的猜想提供了直接证据

这是第一个具有单电子碳-碳键的分子

第一种可溶性钷络合物

First soluble promethium complex

该工作中，橡树岭国家实验室 Alexander S. Ivanov 和 Ilja Popovs 教授领导的 18 位不同领域科学家团队展示了一种在水溶液中合成的由有机二甘醇酰胺配体螯合的稳定 147Pm 配体并研究了其性质。钷的配位结构、及钷氧键键长首次被表征，填补了我们对元素周期表知识的最后空白之一，标志着稀土研究的重大进展，并可能改写化学教科书。（Nature 2024, DOI:10.1038/s41586-024-07267-6）。

钷（III）和有机二甘醇酰胺配体螯合制成的水溶性配位复合物

打破规则的应变烯烃

Rule-bending strained alkene

100 年来，在桥头位置具有双键的桥接有机分子（此处显示为两条红色线）一直被认为过于紧张而无法制造，但这并没有阻止化学家的尝试。而今年，他们终于成功了（Science 2024, DOI:10.1126/science.adq3519）。这些结构太不稳定而无法分离，但研究人员将它们用作环加成反应的中间体，以创建复杂的 3D 结构。详见：Science: 打破百年规则 - 解决「反-Bredt」烯烃合成问题 ...

盒子里的分子穿梭

Molecular shuttle in a box

字面意思，这台分子机器在盒子里思考！长边是两端带有铱络合物的多环芳分子，短边是吡嗪分子 (Angew. Chem., Int. Ed. 2024, DOI: 10.1002/anie.202318829)。客体分子 — 冠烯 — 适合内部，当扁平分子从一端到另一端旋转时，π-电子相互作用将其保持在外箱内。这种类型的穿梭可以用作未来分子开关的基础。

一个冠烯客体分子（中）在一个由多环芳香族分子（蓝绿色、勃艮第色和金六边形）和铱配合物（米色球）构成的纳米级盒子内来回穿梭。

镜像环糊精

Mirror-image cyclodextrin

化学家使用 ʟ-葡萄糖创造了三种不同大小的环糊精，其分子几何形状是天然存在的 ᴅ-葡萄糖的镜像（Nat. Synth. 2024， DOI：10.1038/s44160-024-00495-8）。这些 ʟ-环糊精的转换立体化学技术可用于多种应用，例如药物递送和对映选择性合成。