碳龙配合物(Carbolong Complexes)是一条平面共轭的碳链(碳数≥7)通过至少3个碳-金属键螯合一个过渡金属形成的化合物。2013年,夏海平教授课题组首次合成并命名了这类化合物[1],该工作曾入选2013年度“中国高等学校十大科技进展”。随后,该课题组拓展构筑了一系列7-13碳链螯合金属的全新分子骨架[2,3],并被同行们称之为“碳龙同花顺”(图1),逐步建立了具有中国特色的“碳龙化学”。Carbolong词条已被C&E News所报道,并入选国际经典教科书《March’s Advanced Organic Chemistry》英文最新版。
图1 碳龙同花顺
碳龙配合物具有多个反应位点,反应性丰富,可通过常见化学反应进行结构修饰和衍生化。例如,7C-碳龙配合物可以与亲电试剂、亲核试剂以及炔烃发生金属卡拜的加成反应得到一系列碳龙配合物[1,4-8];8C-碳龙配合物可以与炔烃、联烯等不饱和底物发生开环、扩环等反应,分别得到7C、10C、12C-碳龙配合物等多种金属杂环化合物[9-14];12C-碳龙配合物可与卤素类亲电试剂发生芳香亲电取代反应得到卤代12C-碳龙配合物[15],之后还可以继续与芳基硼酸发生Suzuki–Miyaura偶联反应[16]。碳龙配合物可以直接由链状多炔(碳龙配体,Carbolong Ligands)与金属螯合制备,不仅极大简化了碳龙化合物的合成路线,同时把碳龙化学的金属品种由锇拓展到了铑、钌、铱等其它过渡金属[17-22]。
骨架嵌入金属的芳香体系(包括碳龙物种)因过渡金属的d电子参与离域备受关注,因合成困难、水氧稳定性不足等原因,其性能与应用研究之前是空白。夏海平教授课题组突破了碳龙配合物合成与稳定两大瓶颈,在国际上率先开展并引领了金属杂芳香体系性能研究,使该领域往应用拓展迈出了一大步。结构决定性能、性能决定应用,碳龙性能源自于其两大结构特征:
图2 碳龙物种构效关系—两大结构特征派生四类用途
- 铂族金属位于芳香环内:金属中心有催化功能。例如双金属锇-铜碳龙配合物可以催化非活化烯烃的双官能团化反应,合成了80多个具有潜在生物学意义的有机硒化合物,展现了碳龙配合物在催化领域的应用潜力[23]。此外,碳龙过氧配合物可催化氧气活化,进而用光活化治疗乏氧肿瘤[24,25]。
- 独特的dπ-pπ共轭:有宽、强吸收光谱,可宽频吸收光波并转化为光、电、热和超声波。在太阳能利用和肿瘤光疗等领域应用前景好。如:7C-碳龙配合物具有近红外发射、> 300 nm Stokes位移、发光寿命长等特点,且有AIE效应[1];12C-碳龙配合物可用于肿瘤光声标记与光热治疗,已通过小白鼠实验[11,26];部分碳龙配合物如菲罗啉双碳龙配合物和12C-碳龙配合物等用于有机和钙钛矿太阳能电池材料[8,20,27-32],其器件PCE分别大于18%和23%。
基于以上两大结构特征,碳龙配合物在均相催化[23,24]、太阳能电池[8,20,27-32](有机、钙钛矿)、分子电子学研究[33,34]、响应性高分子材料[35,36]、生物医学[6,11,25](光声成像、光热治疗和光动力治疗)以及光热海水淡化[37]等领域均有所应用(图3)。
图3 碳龙配合物性能与应用研究成果
夏海平教授课题组经过多年潜心研究,开发出了一系列原创、结构独特、性能优异的碳龙配合物。百灵威独家提供夏海平教授课题组研发的部分碳龙化合物产品,助力碳龙化学发扬光大!产品优势如下:
- 合成简单:可通过多炔碳链与金属螯合一锅法制备碳龙配合物[17-22];
- 结构多样:碳龙配合物具有丰富的反应性,可以通过前修饰、后衍生功能化得到一系列的功能分子[2];
- 性能独特:因金属的d电子参与离域,形成独特的dπ-pπ共轭,表现出与传统有机芳香体系不同的性能[3];
- 应用广泛:碳龙配合物目前已应用在均相催化、太阳能电池(有机、钙钛矿)、分子电子学研究、响应性高分子材料、生物医学(光声成像、光热治疗和光动力治疗)以及光热海水淡化等领域[3]。
产品列表
1
品名:8C Carbolong complex, 95%
8C-碳龙配合物
CAS:1667743-98-7
货号:9307661
应用:功能性碳龙砌块
8C-碳龙配合物可以与炔烃、烯烃、联烯和有机杂环等多种底物发生开环、扩环等反应,得到7C、10C、12C-碳龙配合物等多种金属杂环化合物[9-14],是一种反应丰富的功能性碳龙砌块。
2
品名:12C Carbolong complex, 95%
12C-碳龙配合物
CAS:2917610-83-2
货号:9307662
应用:光热、光声材料
12C-碳龙配合物在紫外-可见-近红外区具有宽而强的吸收光谱、优异的光-热/光-声转化效率、良好的稳定性,可用于肿瘤的光声标记与光热治疗,从而实现肿瘤的诊疗一体化,目前已通过小白鼠实验[11,26]。
3
品名:Carbolong peroxo complex, 95%
碳龙过氧配合物
CAS:2244156-01-0
货号:9307663
应用:催化氧气活化、光动力学材料
碳龙过氧配合物可催化氧气活化,实现醇的催化氧化[24]。同时碳龙过氧配合物还有具有优异的光动力学性能,可以用光活化治疗乏氧肿瘤[25]。
4
品名:Os-Cu Carbolong complex, 95%
锇-铜碳龙配合物
CAS:2225872-98-8
货号:9307664
应用:金属催化剂
锇-铜碳龙配合物得益于双金属的协同作用可以作为催化剂,实现非活化烯烃的双官能团化反应,合成了80多个具有潜在生物学意义的有机硒化合物,展现了碳龙配合物在催化领域的应用潜力[23]。
5
品名:Phenanthroline-Carbolong, 95%
菲罗啉双碳龙配合物
CAS:N/A
货号:9307665
应用:电子传输层材料
菲罗啉双碳龙配合物是一种性能优异的电子传输层材料,应用于机太阳能电池器件可以得到18.2%光电转化效率,同时菲罗啉双碳龙配合物不会与活性层受体材料反应,可显著增加器件的稳定性[30]。
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参考文献
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