脱羰法合成碳纳米环和碳纳米带

The carbon nanohoops and carbon nanobelts have recently attracted increasing attention as newly emerging carbon materials. Thanks to their special circular conjugated structure, they have enormous potential in the field of organic catalysis, supramolecular host-guest chemistry, organic electronics and porous materials. However, their applications are limited by obstacles in synthesis such as low yield and narrow substrate scope. Moreover, chiral carbon nanobelt has not been synthesized so far. Herein, a new synthetic method for the synthesis of carbon nanohoop and chiral carbon nanobelt based on decarbonylation is proposed, which may largely enhance the efficiency for carbon nanohoop synthesis and the substrate scope, and ultimately leads to the synthesis and chiral resolution of carbon nanobelt. This project aims at development of the synthetic chemistry of carbon nanohoop and carbon nanobelt, and will pave the way for their material application and supramolecular study.

碳纳米环和碳纳米带是一类新兴的碳材料并于近期受到了广泛的关注和研究。由于其特殊的环形共轭结构，这类材料在有机催化、超分子主客体化学、有机光电材料以及多孔材料等多个领域有巨大的应用前景。然而，这类材料的合成仍然存在产率较低、底物普适性差等问题，从而限制了其材料应用的发展。另一方面，具有手性的碳纳米带分子至今未被合成成功。基于此背景，本项目提出利用脱羰法合成碳纳米环和具有手性的碳纳米带。该方法有望以较短的步骤高效地合成碳纳米环并可便利地拓展至各种芳香底物，同时，通过解决碳纳米环邻位取代问题，可最终实现手性碳纳米带的合成和手性拆分。本项目的开展将推动碳纳米环和碳纳米带合成化学的发展并将实现多个新材料的合成，从而为碳纳米环和碳纳米带材料化学和超分子化学研究打下基础。

本课题拟发展一种合成碳纳米环的合成方法，并实现具有独特结构及功能的碳纳米环的制备。原计划中，拟发展一种基于“脱羰基法”的合成方法。在研究过程中发现原方案存在脱羰效率低、大环前体难以制备的问题。目前已提出解决方案并将继续对其进行探索。同时，基于功能化碳纳米环及共轭体系制备这一主题，提出了3个新的研究方向：1.含临二胺基团碳纳米环的合成；2.具有多重几何/电子构型的双纳米环的合成；3.开壳共轭体系的合成。在这3个方向取得一定成果，包括1.发展含临二胺基团碳纳米环合成的高效一锅法，并制备具有刚性连接基团的双层纳米环；2.制备出具有动态氧化还原及全局芳香性的双纳米环；3.合成出一系列稳定的开壳共轭体系。成果共发表论文8篇，包括J. Am. Chem. Soc.3 篇，Angew. Chem. Int. Ed.2 篇。