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中山大学朱克龙课题组报道了一系列基于吡咯与1,4-二噻英融合构筑的新型分子合叶——吡咯二噻英(PD)。该类化合物不仅具有动态可逆的合页结构,同时表现出优秀的氧化还原活性,与环蕃主体分子可形成准轮烷的互穿络合物,并能被电化学可逆调控,展现出了在人工分子机器设计中的潜在应用能力。
1,4-二噻英是一类含硫杂环化合物,具有动态分子结构和电化学活性。通过氧化反应,弯折的中性二噻英分子能被可逆地转化为平面结构的自由基阳离子。这种电化学响应的结构适变能力使得二噻英类化合物尤其是噻蒽分子受到了广泛的关注,并成为设计氧化还原响应性功能分子和材料的优秀构筑单元。然而到目前为止,基于杂原子骈环的二噻英非常稀少,相关的性质研究进展缓慢。杂原子的引入,不仅会极大地改变二噻英母体骨架的电子结构从而调控其化学反应性;同时也能影响它的构象转变,进而调控分子的几何构型。我们设想,通过将富电子的吡咯基团与1,4-二噻英母环骈环融合,可以获得一类具有类似“合页”结构的吡咯二噻英(dipyrrolo-1,4-dithiin, PD)分子。其独特性质包括:含有吡咯的特征化学性质;优秀氧化还原活性;更为动态的结构适变能力;强主客体结合能力。 基于以上考虑,作者首次发展了一种合成吡咯二噻英类化合物的普适性方法,构筑了系列具有不同N-取代基的PD衍生物,并对其结构与性质进行了探索。研究表明母体分子PD具有折叠角为135度的最优构象,其构象翻转能垒约为4.0 kcal/mol,结构相对噻蒽更为动态可变。电化学和电子自旋共振实验表明PD类化合物具有比噻蒽更强的氧化还原活性,其自由基阳离子的稳定性与氮原子上的取代基大小成正相关。主客体化学实验表明PD类化合物与环蕃主体分子(bluebox)具有高的结合力,络合常数最高可达104 M-1,并且能形成具有[2]准轮烷结构的主客体络合物。在N-甲基PD与环蕃络合物的晶体结构中,二噻英分子整体骨架现出平面构型,表明PD类化合物具有良好的结构适变能力。通过电化学还原环蕃主体分子,可以释放结合的N-甲基PD,进一步实现了电化学调控的主客体识别机制。吡咯二噻英类化合物的动态结构、良好的氧化还原活性与结构适变能力可以使其作为分子合页,在人工分子机器的设计中展示出广阔的应用前景。 论文信息 Molecular Hinges by Fusion of Pyrrole and Dithiin: Synthesis, Structure, Redox Chemistry and Host–Guest Complexation of Dipyrrolo-1,4-dithiins Zonghuan Lu, Hongyi Liu, Xinyuan Lv, Wanqian Lv, Yandie Liu, Prof. Dr. Kelong Zhu Chemistry – A European Journal DOI: 10.1002/chem.202300101

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