科技日?qǐng)?bào)記者?劉霞
近日，美國(guó)化學(xué)會(huì)旗下C&EN雜志公布了2023年最“炫酷”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?gòu)澢傻沫h(huán)茂烯
日本沖繩科學(xué)技術(shù)研究所與德國(guó)和俄羅斯的科學(xué)家攜手，通過將18個(gè)茂金屬單元彎曲成一個(gè)納米級(jí)的環(huán)，制成了一種新型的超大夾層復(fù)合物環(huán)烯。他們將金屬鍶、釤或銪等夾在環(huán)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(shí)彎曲成環(huán)，制成了這些環(huán)烯。
茂金屬是一種有機(jī)金屬化合物，以其多功能性和特殊的“三明治”結(jié)構(gòu)而聞名?？茖W(xué)家對(duì)金屬有機(jī)化合物化學(xué)性質(zhì)的開創(chuàng)性研究曾贏得1973年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
這一成果今年8月刊發(fā)于《自然》雜志。研究團(tuán)隊(duì)指出，這個(gè)環(huán)狀“三明治”化合物的誕生為進(jìn)一步創(chuàng)新功能有機(jī)金屬材料打開了大門，這些材料可廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)和新能源領(lǐng)域。
打破八電子規(guī)則的碳烯
根據(jù)所謂的八電子規(guī)則，碳通常有8個(gè)價(jià)電子，但科學(xué)家制造出了一種新化合物：結(jié)晶雙氧化碳烯，其碳原子只有4個(gè)價(jià)電子。相關(guān)研究成果發(fā)表于9月20日出版的《自然》雜志。
在這項(xiàng)研究中，美國(guó)加州大學(xué)圣迭戈分校蓋·伯特蘭德團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造出了一個(gè)帶有龐大取代基的碳烯，隨后將其氧化，接著移除了一個(gè)氧化物陰離子，留下沒有非鍵合電子的碳烯。碳烯現(xiàn)在是化學(xué)中強(qiáng)有力的工具，在材料和醫(yī)學(xué)科學(xué)中也有廣泛應(yīng)用。
創(chuàng)建共價(jià)有機(jī)框架的索烴
由美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校教授奧爾瑪·亞吉領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，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(jià)有機(jī)框架。其中每個(gè)亞單位都是圍繞銅離子縮合前體而形成的三環(huán)多面體網(wǎng)絡(luò)，移除銅模板離子使多面體能夠移動(dòng)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(jī)器人等。
相關(guān)研究成果發(fā)表于今年1月出版的《自然·合成》雜志。
穩(wěn)定的手性氧鎓離子
提起手性，碳通常會(huì)從人們的腦海中浮現(xiàn)出來，但其他原子也可形成手性中心。
英國(guó)牛津大學(xué)和美國(guó)科羅拉多州立大學(xué)聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)3月在《自然》雜志發(fā)表論文稱，他們合成出了一種穩(wěn)定的氧鎓離子。其中1個(gè)氧原子與另外3個(gè)原子相連，而且氧原子是唯一的手性中心。實(shí)驗(yàn)證明，該化合物是目前所知唯一一種構(gòu)型穩(wěn)定且氧原子作為唯一手性中心的化合物，填補(bǔ)了氧原子立體化學(xué)研究領(lǐng)域的空白，是分子手性領(lǐng)域的一大基礎(chǔ)性突破。
這些結(jié)果可拓寬科學(xué)家對(duì)氧鎓離子的了解，為其未來在有機(jī)合成工作中的運(yùn)用開辟新途徑。由于手性在催化、醫(yī)學(xué)和材料中的重要性，未來研究人員將繼續(xù)探索手性含氧原子化合物的性質(zhì)。
安全鍵合的固態(tài)雙鈹化合物
鈹是一種堅(jiān)固且輕質(zhì)的堿性稀土金屬，被廣泛應(yīng)用于從電信設(shè)備到電腦、手機(jī)等諸多領(lǐng)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(diǎn)等。
科學(xué)家認(rèn)為，如果能將兩個(gè)鈹原子相互結(jié)合，得到的化合物會(huì)很有用。在一項(xiàng)最新研究中，英國(guó)牛津大學(xué)化學(xué)家首次實(shí)現(xiàn)了讓兩個(gè)鈹原子在室溫下安全地鍵合在一起，創(chuàng)造出了雙鈹烯，這是首個(gè)含有鈹—鈹鍵的固態(tài)化合物。相關(guān)研究論文發(fā)表于6月出版的《科學(xué)》雜志。
研究團(tuán)隊(duì)指出，此前無法成功讓兩個(gè)鈹原子結(jié)合的原因之一在于其毒性。但他們發(fā)現(xiàn)，遵循一定規(guī)則就能以安全方式進(jìn)行合成，而且數(shù)學(xué)模型顯示，所得化合物很穩(wěn)定。
由電驅(qū)動(dòng)的分子馬達(dá)
現(xiàn)今大多數(shù)分子馬達(dá)由化學(xué)燃料或光驅(qū)動(dòng)，但來自美國(guó)西北大學(xué)、加州理工學(xué)院、緬因大學(xué)的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)歷時(shí)4年，設(shè)計(jì)并合成了一種基于索烴的電動(dòng)分子馬達(dá)。在溶液中，索烴兩個(gè)較小環(huán)可沿較大的環(huán)進(jìn)行電驅(qū)動(dòng)單向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，整個(gè)過程不產(chǎn)生廢棄物。
研究團(tuán)隊(duì)指出，用電作為動(dòng)力源可以使分子馬達(dá)更容易整合入其他技術(shù)當(dāng)中。相關(guān)論文發(fā)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(shù)提升到了一個(gè)新高度，使用電子有效驅(qū)動(dòng)分子馬達(dá)，就像宏觀世界里的電動(dòng)馬達(dá)一樣。雖然這一化學(xué)領(lǐng)域還處于起步階段，但未來這些微型馬達(dá)有望給醫(yī)學(xué)領(lǐng)域帶來巨大變化。
