美国化学会旗下的 C&EN 杂志每年都会在新组成的化学分子中评选出一批“年度分子”，本年也不破例。其间不只包含一个“特别的”纳米笼、由 18 个碳原子组成的“纯碳环”、一口气联结了 12 个苯环的“歪曲”大分子等等，还有一个 126 年前就得到诺贝尔化学奖得主 Alfred Werner 预言的“新人”......
来历 C&EN
编译 大众号“原理”
化学家一直在打破极限。他们用各种技能手段不断组成新的分子，探究各种分子结构及其性质。一些新分子可以带来直接的运用，而别的一些则提醒了共同的性质。
2019 年，美国化学会旗下的 C&EN 像从前相同，约请读者投票，从本年新组成的分子中评选出“年度分子”，反芳香性纳米笼以最高票数中选。除此之外，其他 6 个分子也各有特色：
反芳香性纳米笼
图片来自：Nature
要害词：纳米空间、反芳香性
本年，一组世界科学家构建了一个非比寻常的纳米笼，它的笼壁由反芳香族分子构成。到现在为止，一些研讨现已运用芳香族分子构成了纳米笼，但由反芳香族分子构成笼壁尚属初次，因为反芳香族分子一般被以为不行安稳。
纳米笼是一种空心的纳米结构，它常常表现出实心资料不具有的共同功能，因而遭到广泛重视。在这项研讨中，科学家将一系列客体分子包封在笼内，进一步测试了这个纳米空间内的共同环境。这项研讨拓宽了纳米化学工程鸿沟，发明了一种全新的纳米空间，可供科学家持续探究。[2] [3]
C
图片来自：IBM Research
要害词：环状摆放、碳的同素异形体
这是一种全新的碳的同素异形体，一起也是非常稀有的一种。它由 18 个碳原子环状摆放构成，被称为环[18]碳。
碳能以许多不同的方式呈现，比方咱们熟知的金刚石、石墨、碳纳米管和各种形状的富勒烯等都是碳的同素异形体，每种都有各自共同的性质。但是还有一些不太为人所知的方式，环碳便是其间之一。
环碳中的碳原子只要两个相邻原子。一般它们具有很高的反响性，因而很难被别离及研讨。对环碳的结构有两种猜想，一种以为环中一切键的长度都相同（只存在双键），另一种以为环中存在长短替换的键（也便是单键和三键替换）。在这项研讨中，科学家经过原子操作技能成功构建出环状碳，提醒了环碳有着单键和三键替换的结构。新研讨运用的这项技能在未来或许可以让咱们构建更杂乱的环碳或环状氧化碳。[4] [5]
CH @C
图片来自：University of Southampton
要害词：巴基球、甲烷
本年，研讨人员成功地将甲烷分子（CH ）放入一个巴基球分子（C ）笼中，构成 CH @C 。
巴基球是由60个碳原子组成的分子笼，它特有的结构可被用于调查被放入其间的分子在一个孤立环境中的行为。研讨人员运用一系列受控的化学反响，先解开再从头缝合巴基球，初次完成了 CH @C 的组成。现在甲烷是被放置在其间的最大的分子，代表着巴基球分子笼内可包容的上限。
这一打破为研讨分子的物理性质拓荒了新的或许性，并有助于加速医学成像技能的开展。新资料使研讨人员初次运用光谱办法研讨一个孤立的甲烷分子的物理性质。这些分子在一个被称为“超极化”的进程中也有潜在运用，该进程能极大地增强核磁共振技能中的信号。[6] [7]
第一个平面六边形结构
图片来自：Imperial College London
要害词：平面六边形、诺奖得主的预言
诺贝尔奖得主维纳尔（Alfred Werner）在 1893 年预言的一种具有平面六边形结构的过渡金属配位化合物在本年被找到了。这项无机化学的发展标明过渡金属合作物中存在平面六边形结构，这对催化、组成、资料科学、光物理和生物无机化学都具有潜在的含义。
六配位合作物在配位化学中普遍存在。维尔纳在 19 世纪至 20 世纪初的研讨中，仅经过可调查的性质，提出了六配位合作物的各种或许的异构体的存在，并得出了三种几许构型，其间一种是六边形平面。经过 100 多年的探究总算得以验证。研讨人员以为，他们的发现有或许为过渡金属合作物引进新的规划准则。[8] [9]
全苯环构成的拓扑艺术
图片来自：Science
要害词：纳米碳、互锁结构
科学家运用一种新办法，凭借硅原子，成功地构建了仅由苯环构成的互锁结构的分子纳米碳，包含索烃和三叶结结构，为开发具有杂乱几许结构的新式纳米碳资料铺平了路途。
石墨烯和碳纳米管等具有纳米级周期性的碳资料被称为纳米碳，它有望成为轻质、高功能性的下一代新资料。因为纳米碳的功能会因其结构的不同而有很大的差异，因而准确组成具有所需功能的纳米碳结构具有较高的门槛。自 20 世纪 60 时代以来，人们别离组成了被称为索烃和三叶结的分子。近年来，这类获得了 2016 年诺贝尔化学奖的分子有望运用于纳米机器。这项研讨的效果将为组成具有杂乱几许结构的纳米碳推动一大步。运用碳骨架构建杂乱的几许结构，更为杂乱纳米碳将可以被规划并组成出来。[10] [11]
最长、最歪曲的十二苯替代并四苯
图片来自：Y Xiao et al.
要害词：最长、最歪曲
本年，化学家第一次发明了十二苯替代并四苯（dodecaphenyltetracene）。它有一个并四苯（四个稠苯），在每个或许的方位被更多苯环替代，分子中一共包含 12 个苯环。这个现在组成的最巨大、最密布的并苯分子，仅需经过三步即可组成。
这种新组成的物质呈深红色，并且会发光，而这种分子的化学性质不太活泼，一般不发生化学反响，只会在空气中缓慢分化。尽管这种并苯暂时还没有实践的用处，但它具有特别的光电特性，或许未来可以在传感器或某些电子元件中得到运用。[12] [13]
高效捕获氯盐的分子笼
图片来自：Science
要害词：分子笼、氯盐、淡水资源维护
本年，研讨人员组成了一种强壮的新分子笼来捕获氯盐。最常见的氯盐是氯化钠或一般食盐，其他氯盐包含氯化钾、氯化钙和氯化铵等。盐在水中之所以能轻松溶解，部分原因也归结于极化的 O-H 键能招引带负电荷的氯离子。因而，以往的用于捕获氯盐的分子笼常常由 O-H 键或 N-H 键构成。
而这种新的用来捕获氯盐的分子是由曩昔被以为太弱的 C-H 键结构而成的，但它的功能比十年前相似的结构比较提高了 100 亿倍。假如你把百万分之一克的这种分子放在一吨水中，一切分子依然可以捕获氯盐。在人口持续增长的一起，盐进入淡水体系，正在削减全球可饮用的水源。而这项技能有或许削减氯盐进入淡水体系，有望成为处理这一问题的要害一步。[14] [15]
参阅来历：
[1] https://cen.acs.org/synthesis/CENs-molecules-year-2019/97/i48
[3] https://phys.org/news/2019-10-scientists-nanocage-antiaromatic-walls.html
[4] https://science.sciencemag.org/content/365/6459/1299
[5] http:///physics/cyclocarbon-07503.html
[6] https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.201900983
[7] https:///releases/2019/10/191007100406.htm
[12] https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201812418
[13] https:///news/16-benzene-rings-make-up-bulkiest-ever-acene-/3010204.article
[14] https://science.sciencemag.org/content/365/6449/159
[15] https:///releases/2019/05/190523143056.htm
本文转载自大众号“原理”
（ID:principia1687）
