[n]环对亚苯基（二聚环对苯撑）cycloparaphenylenes（[n]CPPs）,n对位连接的亚苯基形成闭环，因其独特的环状结构和高效的对位共轭，展现了诸多新颖奇特的电子和光电性质，并在最近备受关注。然而，其应变拓扑结构，阻止了二聚环对苯撑CPP的π-延伸，从而将其转化为扶手椅型纳米带或平面化的CPP大环。
近日，德国 埃尔朗根-纽伦堡大学(Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg) Andreas Görling，Konstantin Y. Amsharov，Sabine Maier团队Feifei Xiang，Sven Maise等，在Nature Chemistry上发文，报道成功地解决了这一长期存在的挑战，并通过低温扫描探针显微镜和光谱结合密度泛函理论，在Au(111)晶面上，实现了原子精确平面π-扩展[12]CPP的自下而上合成和表征。
平面π-扩展CPP是，一种具有全扶手椅型边缘拓扑结构all-armchair edge topology的纳米石墨烯nanographene。外围的排他性准共轭，产生了离域电子态，平面化使p轨道的重叠最大化，与传统CPP相比，这两者都减小了带隙。计算预测了双电荷系统中的环电流和整体芳香性。平面环拓扑结构和独特的电子性质，使得平面π-扩展CPPs成为很有前途的量子材料。
Planar π-extended cycloparaphenylenes featuring an all-armchair edge topology.
具有全扶手椅边拓扑结构的平面π-扩展二聚环对苯撑。
图1：二聚环对苯撑cycloparaphenylenes，[12]CPP平面化和π-扩展。
图2：平面π-扩展二聚环对苯撑[12]CPP和相关结构的表面合成。
图3：平面π-延伸二聚环对苯撑[12]CPP（四聚体）和弯曲扶手椅型bent armchair石墨烯纳米带graphene nanoribbons，GNR三聚体化学结构。
图4：平面π-扩展二聚环对苯撑[12]CPP电子结构。
图5：四聚体（平面π-扩展二聚环对苯撑[12]CPP）和三聚体分子轨道。
图6：全球芳香性和环电流。
该项研究，实现了表面合成平面π-延伸[12]CPP，并解决了化学中控制CPP的π-延伸，及其转化为平面化CPP大环的长期挑战。
平面π-扩展[12]CPP是一种纳米石墨烯，其特征在于全扶手椅边缘和外围唯一的对位连接的亚苯基单元。由于沿着共轭路径波函数的相长量子干涉，对位共轭促进了沿着扩展π系统的最强电子通信，从而围绕整个环的离域状态。为此，大环在其双电荷构型中具有环电流，从而产生整体芳香性。
此外，与传统CPP相比，CPP平坦化使p轨道的重叠最大化，并且与π延伸相结合，显著减小了带隙。这种前所未有的碳基纳米结构，为新型原子精确的量子材料开辟了新的途径，并为分子量子环的基础实验提供了新的研发平台。
文献链接：https://www.nature.com/articles/s41557-022-00968-3
DOI: https://doi.org/10.1038/s41557-022-00968-3
本文译自Nature。
（小注：二聚环对苯撑[n]Cycloparaphenylene，指由n个苯环，通过1,4位置相连，而形成的大环结构，数年前就已经提出来了，诸多研究也都尝试过，不过，直至2008年，才第一次有实验合成的报道（J. Am. Chem. Soc., 2008, 130，17646）。
鉴于成环时，需要将sigma键弯曲，因此，n越小，环张力越大，合成难度就越大，最早合成的都是比较大的n数，例如n=18，几乎同时报道了[5]Cycloparaphenylene合成（Nature Chem. 2014, 6, 404; J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 2284; Nature Chem那篇提交时间更早，且有单晶结构，技高一筹）. [5]Cycloparaphenylene 环张力接近500 kJ/mol ，比绝大多数sigma单键键能都高。部分文字参考了知乎，一并感谢）
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