多环芳烃类化合物在有机材料、光电器件、超分子化学领域都有着广泛的应用。以苯环作为最基本结构单元的多环芳烃，通常是平面的大共轭芳香体系。例如经典的六苯并蒄，是由42个碳原子组成、高度对称的平面芳香结构，其具有纳米级的尺寸，也被称为 “纳米石墨烯”。近年来，为了发掘结构和性质的多样性，许多研究小组设计并合成了更多非平面或者主族元素杂化的“纳米石墨烯”。合成非平面结构，最常用的方法就是引入非六元环。
图1. 六苯并蒄结构以及本文设计合成的氮杂六苯并蒄衍生物
近日，云南大学的安鹏课题组设计合成了包含氮杂环庚三烯和氮杂环辛四烯结构纳米石墨烯分子1和2。相较于六苯并蒄，将非平面并具有8π电子结构的杂环分子引入到多环芳烃体系中，化合物1和2呈现不同的空间结构和光电性质。
图2. 氮杂䓬(左)及吖辛因(右)嵌杂六苯并蒄结构及芳香性分析
通过晶体结构可以看到，化合物1的结构呈现出马鞍的空间结构，马鞍深度有1.3和0.4 Å。通过计算可以得到，化合物的“马鞍翻转”能量为24.4 kcal/mol。同时通过DFT计算和NMR分析发现，多环芳烃中的氮杂七元环呈现出明显的反芳香性。
化合物2则呈现出与化合物1不同的“马鞍-螺环”杂化的空间结构。晶体结构中可以清晰看出化合物2的一对P和M对映体。一对对映体经过手性HPLC分离，圆二色谱确认结构。同时氮杂八元环结构在整个芳香体系中，也呈现出了反芳香性。
由于空间和电子结构的差异，和化合物1和2的光电性质具有明显的差异。
Azepine- or Azocine-Embedded Hexabenzocoronene Derivatives as Nitrogen-Doped Saddle or Saddle-Helix Nanographenes
Peng An, Ranran Li, Bin Ma, Run-Ying He, Yi-Kang Zhang, Ming-Jun Xiao, Bin Zhang
Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202110538
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