谢静教授在Nature上发表锕系金属让芳香性/反芳香性共存的合作论文

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北京理工大学化学与化工学院引进的特立青年学者谢静教授在《Nature》杂志上合作发表题为“Actinide 2-metallabiphenylenes that satisfy Hückel’s Rule”（符合“休克尔定律”的锕系金属取代亚联苯化合物）的文章（Nature 2020, 578, 563-597）, 锕系金属让芳香性和反芳香性环共存。谢静教授为该论文的共同第一作者，负责完成论文的理论计算部分，此研究是与美国洛斯阿洛莫斯国家实验室Jaqueline L. Kiplinger课题组以及美国明尼苏达大学Laura Gagliardi教授合作完成。
　　芳香性和反芳香性是有机化学中的重要概念（由休克尔定律定义），亚联苯分子同时具有芳香环和反芳香环。亚联苯的类似物，也就是一个苯环被不同的4n+2 π-电子体系所取代的化合物，至今只存在于有机化合物中。有金属原子参与的芳香性与反芳香性共存的化合物还未见报道，尝试制备锆取代的亚联苯化合物的努力也不成功。Kiplinger课题组Pagano博士和Gagliardi课题组谢静博士猜想，锕系元素的5f电子具有高度离域性，是否有助于金属亚联苯化合物的形成。锕系元素是第七周期5f族元素，除了锕、钍、镤、铀外均为人工合成元素，通常不稳定，且具有放射性同位素。通过还原锕系金属茂合物，本工作合成了第一例由锕系金属取代的亚联苯化合物，该化合物具有近似平面的三个环形结构。锕系元素的5f轨道促使C-C键耦合，形成一个具有反芳香性的环丁二烯环状结构，这为元素周期表注入了新的内容。谢静博士对该化合物进行了电子结构理论计算。核磁共振光谱实验及核独立化学位移计算表明，此化合物包含一个反芳香性的环丁二烯环以及一个芳香性的苯环。锕系金属铀参与的五元环中，5f电子离域，U-C键具有一定程度的共价性。此外，光谱实验、Kohn-Sham分子轨道组分分析及自然成键轨道计算都表明铀元素的f2电子与含碳配体成键具有共价性和电子离域性。

图1. a. 锕系金属取代亚联苯化合物展示反芳香性的四元环和芳香性的五元环.b. 合成路线. c. 自然成键轨道（NBO）显示U-C sigma键。

　　本工作利用锕系元素5f电子的离域性，首次合成并表征了含有金属亚联苯化合物，使反芳香性和芳香性共存，拓展了对锕系元素的认识，同时为元素周期表注入了新内容。本文合成的新化合物可能发生的化学反应还有待进一步研究。
　　原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2004-7
       文章来源：北京理工大学
       谢静，北京理工大学教授。2010年毕业于北京师范大学化学学院，2015年获美国德克萨斯理工大学化学博士学位，师从动力学模拟William L. Hase教授，并获得学校Horn Professors研究生学术成就奖。自2015年在美国明尼苏达大学Laura Gagliardi 教授（欧洲科学院院士）团队和Christopher J. Cramer 教授团队从事博士后研究工作。入选2018年“北京理工大学特立青年学者”，聘为博士生导师，将于2019年3月入职北京理工大学化学与化工学院，加入李泽生教授（长江学者）的理论与化学研究团队，并依托和原子分子簇科学教育部重点实验室开展科研工作。迄今发表SCI检索的论文24篇，以第一/共同第一作者发表SCI论文11篇，包括Science评论1篇，Angew. Chem. Int. Ed. 1篇，Acc. Chem. Res. 综述1篇等。与实验合作发表Nature Chem.一篇，J. Am. Chem. Soc. 两篇。担任J. Am. Chem. Soc., J. Phys. Chem. L, J. Phys. Chem. A, J. Chem. Phys., Chem. Eur. J.等杂志独立审稿人。