美国化学会C&EN：2016年化学分子谁最酷？

又到了年底，又到了“年终总结季”。美国化学会（ACS）旗下的C&EN也照例开始准备他们的一系列“年终总结”，首先登场的是一批今年打破各种记录的炫酷化学分子，X-MOL团队为诸君编译如下。

▌1. 首个无机双螺旋分子

SnIP的分子结构示意图。图片来源：Tom Nilges/TUM

说起双螺旋结构，第一个想到的肯定是DNA分子，但纯无机的双螺旋结构分子却从未见诸报道。慕尼黑工业大学（TUM）Tom Nilges领导的化学家团队今年实现了突破，报道了第一种完全无机的双螺旋化合物SnIP。这是一种半导体材料，分子结构呈互相绞合的双链状，包括一条碘化锡（SnI⁺）链和一条磷（P^-）链（见上图）。这两条链通过锡与磷的孤对电子之间的弱相互作用而保持结合，并且每个双螺旋通过比DNA中的氢键更强的相互作用与相邻的双螺旋配位。这种材料可以形成针状晶体（见下图），柔性极好，甚至可以对折而不会发生任何损坏。它们还可以很容易地被制备成直径小于20 nm的纳米棒。这些独特的性质再加上其光学性能，Nilges说“我们乐观地认为SnIP可用于半导体领域，如柔性太阳能电池等。”

SnIP的针状晶体。图片来源：Tom Nilges/TUM

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http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201603135/abstract

Inorganic Double Helices in Semiconducting SnIP

Adv. Mater., 2016, 28, 9783-9791, DOI: 10.1002/adma.201603135

▌2. 二茂铁“摩天轮”

二茂铁“摩天轮”的分子结构。图片来源：Nature Chem.

坐落在英国伦敦泰晤士河畔的伦敦眼（The London Eye），是世界上首座观景摩天轮，也是伦敦的地标建筑之一。可能由于经常看到它的缘故，伦敦帝国学院的Michael S. Inkpen，Nicholas J. Long、Tim Albrecht等人受到启发，只用二茂铁，制造了一个分子级别的“摩天轮”。科学家们之前制出过二茂铁大环或者线性链结构，但这个“摩天轮”似的二茂铁纳米环却与众不同，它只包含五至九个1,1’-二取代的二茂铁单元。除了结构特殊，这种具有氧化还原活性的纳米结构还有众多潜在的用途，比如用于捕获离子或分子以检测或控制它们，以及电子学和磁学领域。

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http://www.nature.com/nchem/journal/v8/n9/full/nchem.2553.html

Oligomeric ferrocene rings

Nature Chem., 2016, 8, 825-830, DOI: 10.1038/nchem.2553

▌3. 配位数之王

Cs[H₂NB₂(C₆F₅)₆]结构示意图。图片来源：JACS

金属阳离子中心最多能有多少个配位键？德国马克斯普朗克煤炭研究所的Klaus-Richard Pörschke和同事们给出的答案是16个，这也创造了新的记录。他们报道了一个新的分子——Cs[H₂NB₂(C₆F₅)₆]，其中弱配位阴离子呈负一价，一个中心铯原子可以和五个阴离子单元中的16个氟原子形成配位键。在不使用氢作为配位配体的情况下，这是科学家们首次在一个络合物中实现超过12个配位键。

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http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.6b02590

Cs[H₂NB₂(C₆F₅)₆] Featuring an Unequivocal 16-Coordinate Cation

J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 9444-9451, DOI: 10.1021/jacs.6b02590

▌4. “三全”分子

同时包括单键、双键和三键的铬络合物(a)和钨络合物(b)。图片来源：Chem. Sci. / Inorg. Chem.

注意，这里的“三全”不是速冻水饺或者汤圆，指的是一个分子内同时包括单键、双键和三键，三种键都齐全。美国密歇根州立大学的Evan P. Beaumier和Aaron L. Odom等人报道了一种氮-铬络合物（上图a），在一个铬原子上同时连有氮单键、双键和三键。不过，他们并不是第一个玩类似花样的化学家，约40年前的1978年，Schrock和Clark合成了一个钨络合物——W(CBu^t)(CHBu^t)(CH2Bu^t)(dmpe)，在一个钨原子上同时连有碳单键、双键和三键（Inorg. Chem., 1979, 18, 2454-2458）。

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http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2016/SC/C5SC04608D

A complex with nitrogen single, double, and triple bonds to the same chromium atom: synthesis, structure, and reactivity

Chem. Sci., 2016, 7, 2532-2536, DOI: 10.1039/C5SC04608D

▌5. 磷属“糖葫芦”

包含磷属四种元素链的分子。图片来源：C&EN

据说，无机化学的乐趣之一，就是盯着元素周期表看看能做些什么新奇而有趣的事情。英国牛津大学的Alexander Hinz及德国罗斯托克大学的Axel Schulz和Alexander Villinger显然也是这么想的。他们盯上了磷属元素（第15族元素，氮至铋），并制备了一种磷属元素的“糖葫芦”分子，其中包括前无古人的Sb-N-As=P链。有意思的还在后面，作者们接受采访时才表示，他们最开始的脑洞其实更大，目标是合成一个包含同一族四种元素的杂环！后来因为实在没有办法把线性前体分子成环，这才作罢。细心的（或者有强迫症的）读者可能注意到了，这个分子并不“完美”，确少铋（Bi），不过这已经在作者们的下一步计划中，他们表示铋应该也可以加入到该分子中。一旦他们成功，不管是成环，还是做个更大的“糖葫芦”，都将再一次创造历史。

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http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/chem.201601916/abstract

Synthesis of a Molecule with Four Different Adjacent Pnictogens

Chem. Eur. J., 2016, 22, 12266-12269, DOI: 10.1002/chem.201601916

▌6. 最强的碱……理论上的

邻二乙炔基苯二价阴离子。图片来源：C&EN

通过在气相实验中制备邻二乙炔基苯二价阴离子，澳大利亚昆士兰科技大学的Berwyck Poad和同事们创造了目前世界上最强的化学碱。不过，该分子的碱性却是通过一个基于Marcus-Hush理论的模型计算所得，利用高级量子化学计算，该分子的质子亲和力达到了1,843 kJ mol⁻¹，远超其他超级碱。研究人员说，这个二价阴离子强到足以将气相中的苯去质子化，其质子亲和力的记录不太可能被打破了（小编：真的么？记录不就是用来被打破的？）。

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http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2016/SC/C6SC01726F

Preparation of an ion with the highest calculated proton affinity: ortho-diethynylbenzene dianion

Chem. Sci., 2016, 7, 6245-6250, DOI: 10.1039/C6SC01726F

▌7. 偶极矩最大的中性分子

偶极矩最大的中性六取代苯。图片来源：C&EN

德国马克斯普朗克聚合物研究所的Klaus Müllen领导的研究小组制备了一种六取代的苯，其中吸电子的氰基和给电子的氨基结合在一起，在同一个方向“拉”和“推”分子的电子密度。经测定，其拥有中性分子中已知最大的偶极矩——14.1 Debye，已经超过了离子化合物如溴化钾（偶极矩为10.5 Debye）。

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http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201508249/abstract

Hexasubstituted Benzenes with Ultrastrong Dipole Moments

Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 3220-3223, DOI: 10.1002/anie.201508249

这些分子到底谁最酷？C&EN 前正在投票，有兴趣的读者可以去凑凑热闹。

http://yearinreview.cenmag.org/poll-what-was-the-coolest-molecule-reported-in-2016/

原文标题：Molecules of the year

http://yearinreview.cenmag.org/molecules-of-the-year/