大环分子在分子纳米拓扑学领域中具有很大的重要性与应用前景，通过化学键和机械键连接多个大环分子的策略已被证实是构建新颖超分子结构和分子机器的有效途径。因为需要在克服固有的大量分子张力的同时精细地操控分子拓扑结构,由全苯骨架构成的多大环纳米碳合成过程面临着巨大挑战。先前的工作主要依赖于预官能化策略来构建全苯骨架，而与之互补的利用具有较高张力的全苯大环直接作为底物进行后官能化的策略尚未得到充分探索。

后官能化策略可以通过提供一种以发散式和模块化方式连接此类大环的简便方法来简化合成路线，从而为拓扑全苯结构的研究开辟新的维度。间环对苯撑(meta-Cycloparaphenylenes, mCPPs)凭借其同时具备对苯撑张力骨架与独特的单个间位苯撑连接位点的特点脱颖而出，成为后官能化大环合成子的理想选择。近日，中国科学院理化所超分子光化学研究中心丛欢研究员课题组与深圳大学陈智副教授合作报道了一种基于mCPPs后官能化策略的全苯多大环分子发散合成方法，以多个不同尺寸的间环对苯撑分子及通过偶氮模板构筑的mCPP全苯索烃（Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202209449）为原料，将铱催化C–H活化这一成熟方法首次应用于CPP类张力全苯大环体系中，并进一步发散式地高效合成了一系列全苯多大环纳米碳，包括线型锁链、环状锁链、聚索烃和桥连索烃（pretzelane）等新颖结构。

研究人员首先以不同尺寸的mCPPs及mCPP全苯索烃为底物，通过条件控制，以C–H活化的方式高产率地获得了一系列活性张力大环，包括亲电试剂化合物8、10以及亲核试剂化合物1、11、12。随后通过这些活性大环间的分子偶联反应，成功合成了具有多个大环结构的全苯线型锁链纳米碳分子，并通过核磁共振、高分辨质谱等方法对其结构进行了确认。通过对原料进行可控排列组合，研究者能够精准地将确定尺寸的大环单元固定在分子的特定位置上，进而构建出对称性较低的全苯纳米碳。进一步的光物理研究表明，不同尺寸大环单元在单一分子组分中的同时存在导致了分子内荧光共振能量转移(fluorescence resonance energy transfer, FRET)现象，进而使得这一系列全苯线型锁链纳米碳呈现出独特的荧光发射行为。

另一方面，以双活性位点化合物11作为原料，以金介导的C–C偶联反应将索烃机械互锁的mCPP单元共价连接，直接地获得了具有高张力的共轭“pretzelane”化合物19。X射线单晶衍射的结果直接地揭示了化合物19的全苯骨架发生强烈扭转，与核磁共振等其它表征手段呈现了一致性。研究者在化合物19的合成过程中观察到了另一种具有更大极性的强荧光固体，核磁共振与高分辨质谱指示其为分子量大于4000Da的全苯环状三聚锁链化合物20。由于化合物20本身溶解度问题，研究者团队使用超高真空度低温扫描电镜，在Au(111)表面观察到预测中化合物20应具有的”三叶草“图样随机分散在基底表面，该图样的尺寸、高度与理论计算预测的结果具有极高的一致性，成为了化合物20的有力证据。

综上所述,这一研究工作展现了间环对苯撑后官能化策略在构建形态多样、结构复杂的全苯多大环纳米碳拓扑分子方面的独特优势。通过这一策略,研究者能够以简洁高效的方式合成出一系列新颖的拓扑结构。这一成果凸显了后官能化策略对于推动全苯多大环体系研究进展的重要意义。该策略不仅极大丰富了全苯拓扑分子的结构多样性,还为后官能化方法在多大环分子构筑领域的创新应用开辟了新的思路和发展道路。