多重碳螺烯作为一种螺旋扭曲的纳米石墨烯，因其美观的结构、固有的螺旋手性以及优异的光电化学性质而备受关注。就双碳螺烯而言，理论上存在两种非对映异构体，即外消旋体(PP/MM)和内消旋体(PM)，这两种异构体通常具有不同的电子结构和理化性质。尽管已经报道了具有各种拓扑结构的双碳螺烯分子/体系，但同时获得两种非对映异构体，特别是它们的分离、纯化和单晶结构分析，却鲜有报道。此外，双碳螺烯的异构化过程也很重要，因为它有助于理解其构象和手性，但相关研究主要局限于密度泛函理论(DFT)计算。因此，合成具有可分离非对映异构体的新型双碳螺烯，并发现其多样的电子结构、光物理性质和异构化过程，具有重要的研究价值。最近，华东师范大学史学亮课题组采用了一种简单且通用的合成策略，成功构筑了具有激光性能的双[5]碳螺烯(1)，并深入研究了其手性性质以及异构化过程，进而探索了其在激光领域的应用潜力。本研究的合成策略主要基于该课题组最近开发的新方法，相关工作已经发表在Angew. Chem., Int. Ed., 2023, 62, e202309619；Org. Lett., 2024, 26, 7914-7919上。首先，通过锂化试剂对特定的6,6'-联并五苯酮进行亲核加成反应，随后进行还原芳构化，成功合成了一系列全新的并五苯醛基衍生物。接着，作者采用Friedel–Crafts环化和双自由基电环化反应策略，将这些并五苯醛基衍生物进一步转化为完全融合的双[5]碳螺烯(1)。值得注意的是，化合物1以两种非对映异构体1-PP/MM和1-PM的形式存在，且两者均成功分离并通过X射线晶体学明确鉴定结构。作者通过手性高效液相色谱法成功实现了外消旋体1-PP/MM的光学拆分，并通过圆二色谱对1-PP和1-MM进行了表征。有趣的是，在加热条件下1-PP/MM可以完全异构化为1-PM，作者对异构化过程的热力学和动力学进行了系统研究。1-PM表现出深红色光发射和中等的荧光量子产率，这表明其在近红外激光器中具有潜在的应用前景。为此，作者与华南理工大学虞华康课题组合作，通过1-PM与环氧树脂的自组装策略，成功制备了一个较高性能的微激光器。该微激光器的中心波长半高宽为0.48 nm，具有窄线宽、低阈值(0.88 mJ/cm²)的特性。这些结果表明，当1-PM与回音壁模式的微腔相结合时，能够表现出较为优异的激光性能。因此，本研究涉及的合成策略、螺旋异构化过程和独特的激光增益特性，不仅丰富了我们对碳螺烯性质的理解，而且为未来设计和精确合成具有多种可分离构象、并具备广泛潜在应用的新型碳螺烯提供了经验。目前，课题组正致力于进一步拓展这一合成策略的应用范围，并积极探索其在新型手性多环芳烃合成中的潜力，相关工作正在积极推进中。该成果以“Double [5]carbohelicene: facile synthesis, chiroptical properties, isomerization study, and lasing application”为题，最新在线发表于Science China Chemistry上（doi: 10.1007/s11426-024-2171-4）。扫描二维码或点击左下角“阅读原文”可查阅全文。
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史学亮，华东师范大学教授，博士生导师。2015年于新加坡国立大学取得博士学位。2015年至2016年和2016年至2018年分别于新加坡国立大学和华盛顿大学从事博士后研究。2018年10月就职于华东师范大学化学与分子工程学院。研究领域为化学、自由基化学和有机光电功能材料。以第一作者或通讯作者在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Chem、Adv. Mater.、Nat. Commun.等期刊共发表SCI论文70余篇，论文引用4000余次。【扩展阅读】
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