开壳非交替多稠环芳烃（Open-shell non-alternant PAHs）因其在有机自旋电子器件和量子技术中的广阔应用前景而受到越来越多的关注。近日，德国德累斯顿工业大学的冯新亮教授和牛津大学的Lapo Bogani教授团队合作报道了一类基于环庚[def]芴单元的开壳非交替多稠环芳烃。该工作发表在Angew上，题为Benzo-Extended Cyclohepta[def]fluoreneDerivatives with Very Low-Lying Triplet States。
【两个概念解释】
稠环芳烃：稠环芳烃是由多个芳环稠合的一类化合物，常见母体化合物有并苯、芘、茚、芴、薁、荭等全碳化合物，也包括B、P、S、Se、N等杂原子掺杂的复杂稠环分子。这类分子通常具有优异且独特的光电性能，在有机半导体领域有广泛的应用。
Open-shell和closed-shell:根据Clar六隅体规则，稠环芳烃的的π电子并不总是成对以π键的形式存在。因此，稠环芳烃的分子基态有open-shell（双自由基或多自由基共振式更稳定）和closed-shell（所有电子都能组成π键）两种形式。稠环芳烃的芳环数目、边缘拓扑骨架和取代基对其基态都有影响。对于双自由基的open-shell分子，有单线态（自旋相反）和三线态（自旋方向一致，通常更不稳定）两种形式。Open-shell类型分子在合成上会遇到稳定性的问题，产物带自由基可能对水氧极其敏感，后处理提纯分离较为困难，限制了这一领域的发展。Open-shell类型的分子具有独特的理化性质，在有机磁体、量子计算机等领域有潜在应用。因此open-shell类型稠环芳烃的设计、合成及性能探究一直都是领域内较大的挑战和研究热点。
【分子合成】首先设计合成特定的含醛基的关键中间体4、5和9，然后傅克烷基化，最后用氧化剂DDQ进行氧化脱氢得到产物1-3.
【结构表征】1-3结构通过高分辨基质辅助飞行时间质谱确认；前驱体通过单晶结构确认。
【性能表征】这类环庚[def]芴的苯并衍生物1-3，在红外区都具有较弱和宽的吸收，最大吸收峰波长可达到1700 nm、1860 nm和1220 nm，表现出极低的光学带隙（分别为0.54, 0.52 and 0.69eV）
【总结】该工作中作者通过苯环化设计合成了三种基于环庚[def]芴骨架的非交替结构的稠环芳烃。这种引入非交替（非六元骨架如薁）结构为设计合成具有较小单线态三线态能隙的开壳分子提供了有效策略，同时也为设计具有高自旋基态的非交替开壳稠环芳烃提供了新的思路。
【参考文献】 doi.org/10.1002/anie.202202170
参考资料：J. Mater. Chem., 2012,22, 4151-4160；J. Chem. Phys. 150, 114106 (2019)
