在有机化学中，π 堆积系统是由于色散力(一种分子间非共价相互作用)而产生的超分子结构。它们在自然界中很常见;DNA 的稳定结构是 π 堆积系统的一个非常突出的例子，某些蛋白质中的氨基酸排列也是如此。有趣的是，π 堆积可用于设计具有有用电子和光学特性的材料。这些包括各种有机半导体，以及用于传感和生物医学应用的共轭聚合物。
到目前为止，技术上相关的 π 堆积体系很大一部分仅限于芳香族化合物，这些化合物具有固有的 π 电子云。另一方面，反芳香族化合物虽然有望成为开发电导体的候选材料，但很少有报道将其作为 π 堆积体系的构建单元。
令人惊讶的是，在最近的一项研究中，日本立命馆大学教授 Hiromitsu Maeda 领导的研究小组报告了一种新型反芳香 π 堆积系统，该系统能够形成高导电性液晶。他们的研究成果于 2024 年 4 月 16 日发表在《化学科学》杂志上。值得注意的是，这篇论文是由北里大学的 Go Watanabe 教授、京都大学的 Shu Seki 教授和名古屋大学的 Hiroshi Shinokubo 教授共同撰写的。
所报道的化合物是 Ni II配位的诺科罗，侧链为改性芳基部分。以前，在类似的诺科罗中实现 π 堆积失败，因为侧链之间的氢键相互作用与平面反芳香单元的面对面堆积相反。然而，这次研究小组有了一个绝妙的想法。“我们假设引入方向性较小的侧向相互作用部分将增强诺科罗单元之间的堆积， ”前田教授解释说。“因此，我们尝试简单地引入脂肪族链，从而诱导范德华相互作用。这些相互作用可以有效调节材料的堆积结构，”前田教授补充道。
各种实验和分子动力学模拟都证明，所提出的策略如预期般奏效。诺科罗尔单元通过堆叠排列形成柱状结构，这种排列被称为“三层结构”。在这些排列中，平面化分子夹在两个略呈碗状的分子之间。
研究人员随后利用所提出的分子设计合成了液晶。由于三层堆叠，液晶表现出了出色的电导率 和热致性;也就是说，序参数取决于温度。“正如我们在研究中展示的那样，基于分子设计和合成的分子相互作用控制对于未来的应用至关重要， ”Maeda 教授评论道。“液晶的高电导率等特性可用于制造电子设备。此外，软材料中的刺激响应行为可用于根据压力和温度调节光致发光等相关特性，” Maeda 教授解释说。
总的来说，这项研究的成果揭示了一种基于反芳香单元分子组装体设计新化合物的有前途的策略。幸运的话，这将为材料设计开辟新的途径，最终带来更好的有机电子器件、光电子器件和传感设备。
免责声明：本文由用户上传，如有侵权请联系删除！
