2023年最“炫”的六大分子

◎本報記者 劉 霞

近日，美國化學會旗下C&EN雜志公布了2023年最“炫”的分子榜單。盡管這些分子很小，但其能量卻很大，有些甚至可能改寫教科書。

由茂金屬彎曲而成的環茂烯

日本沖繩科學技術研究所與德國和俄羅斯的科學家攜手，通過將18個茂金屬單元彎曲成一個納米級的環，制成了一種新型的超大夾層復合物環烯。他們將金屬鍶、釤或銪等夾在環辛四烯層之間，龐大的三異丙基甲硅烷取代基迫使茂金屬在堆疊時彎曲成環，制成了這些環烯。

茂金屬是一種有機金屬化合物，以其多功能性和特殊的“三明治”結構而聞名。科學家對金屬有機化合物化學性質的開創性研究曾贏得1973年諾貝爾化學獎。

這一成果今年8月刊發于《自然》雜志。研究團隊指出，這個環狀“三明治”化合物的誕生為進一步創新功能有機金屬材料打開了大門，這些材料可廣泛應用于醫學和新能源領域。

打破八電子規則的碳烯

根據所謂的八電子規則，碳通常有8個價電子，但科學家制造出了一種新化合物：結晶雙氧化碳烯，其碳原子只有4個價電子。相關研究成果發表于9月20日出版的《自然》雜志。

在這項研究中，美國加州大學圣迭戈分校蓋·伯特蘭德團隊創造出了一個帶有龐大取代基的碳烯，隨后將其氧化，接著移除了一個氧化物陰離子，留下沒有非鍵合電子的碳烯。碳烯現在是化學中強有力的工具，在材料和醫學科學中也有廣泛應用。

創建共價有機框架的索烴

由美國加州大學伯克利分校教授奧爾瑪·亞吉領導的團隊，使用索烴這種像圍欄鏈條一樣互鎖的分子，制造出了一種新型共價有機框架。其中每個亞單位都是圍繞銅離子縮合前體而形成的三環多面體網絡，移除銅模板離子使多面體能夠移動而不分離，從而使所得材料柔軟且富有彈性，可用于制造過濾膜和柔性機器人等。

相關研究成果發表于今年1月出版的《自然·合成》雜志。

穩定的手性氧鎓離子

提起手性，碳通常會從人們的腦海中浮現出來，但其他原子也可形成手性中心。

英國牛津大學和美國科羅拉多州立大學聯合研究團隊3月在《自然》雜志發表論文稱，他們合成出了一種穩定的氧鎓離子。其中1個氧原子與另外3個原子相連，而且氧原子是唯一的手性中心。實驗證明，該化合物是目前所知唯一一種構型穩定且氧原子作為唯一手性中心的化合物，填補了氧原子立體化學研究領域的空白，是分子手性領域的一大基礎性突破。

這些結果可拓寬科學家對氧鎓離子的了解，為其未來在有機合成工作中的運用開辟新途徑。由于手性在催化、醫學和材料中的重要性，未來研究人員將繼續探索手性含氧原子化合物的性質。

安全鍵合的固態雙鈹化合物

鈹是一種堅固且輕質的堿性稀土金屬，被廣泛應用于從電信設備到電腦、手機等諸多領域。它還與其他金屬混合，被制成合金，用于制造陀螺儀和電觸點等。

科學家認為，如果能將兩個鈹原子相互結合，得到的化合物會很有用。在一項最新研究中，英國牛津大學化學家首次實現了讓兩個鈹原子在室溫下安全地鍵合在一起，創造出了雙鈹烯，這是首個含有鈹—鈹鍵的固態化合物。相關研究論文發表于6月出版的《科學》雜志。

研究團隊指出，此前無法成功讓兩個鈹原子結合的原因之一在于其毒性。但他們發現，遵循一定規則就能以安全方式進行合成，而且數學模型顯示，所得化合物很穩定。

由電驅動的分子馬達

現今大多數分子馬達由化學燃料或光驅動，但來自美國西北大學、加州理工學院、緬因大學的聯合研究團隊歷時4年，設計并合成了一種基于索烴的電動分子馬達。在溶液中，索烴兩個較小環可沿較大的環進行電驅動單向旋轉運動，整個過程不產生廢棄物。

研究團隊指出，用電作為動力源可以使分子馬達更容易整合入其他技術當中。相關論文發表于今年1月出版的《自然》雜志。

研究人員表示，他們把分子納米技術提升到了一個新高度，使用電子有效驅動分子馬達，就像宏觀世界里的電動馬達一樣。雖然這一化學領域還處于起步階段，但未來這些微型馬達有望給醫學領域帶來巨大變化。

來源： 科技日報