碳杂卟啉是一类卟啉内核氮原子被碳原子取代后的衍生物，其往往表现出与传统卟啉不同的结构、芳香性以及配位能力。目前已有多种小尺寸多环芳烃如萘、蒽、菲、芘等被引入碳杂卟啉的骨架中。然而，更大尺寸的多环芳烃，比如纳米石墨烯，还未参与构建碳杂卟啉。这二者的结合，将会促进纳米石墨烯化学和卟啉化学新的交叉融合，并且可能赋予二者崭新的性能。在合成方面，尽管前人已经报道了经典的纳米石墨烯——六苯并蔻与卟啉的共价相连的体系，但是这些体系基于完整的四吡咯卟啉和六苯并蔻的结合（图一左），而把纳米石墨烯真正“融入”卟啉骨架，从而构建碳杂卟啉还是一个未知的挑战。
图一. 已报道的代表性的六苯并蔻-卟啉共轭相连体系与本文报道的六苯并蔻稠合的扩展碳杂卟啉分子镊子。
最近，北京师范大学柯贤胜课题组利用二吡咯甲烷为连接基团与六苯并蔻的湾区相连，首次合成了具有“八字形”八碳杂卟啉(1.1.1.0.1.1.1.0) 核心结构的扩展碳杂卟啉（图一右）。该碳杂卟啉可以容易的进一步功能化，得到其BODIPY配合物。这两个大环分子都具有独特的镊子状构型，可以有效络合富勒烯C60。然而单一的平面构型的六苯并蔻对富勒烯C60的络合能力则很弱，充分证明了镊子构型在络合富勒烯客体上的优越性。核磁滴定实验表明两个体系的主客体络合比均为1:1，而且在两个分子镊子与C60的络合物晶体中，C60分子都处于由分子镊子两两构建的三角口袋中（图二）。
图二. 分子镊子与C60主客体络合物的晶体结构以及它们之间的相互作用。
飞秒瞬态吸收光谱的研究表明在分子镊子与C60的主客体络合物中，分子镊子和C60之间存在亚皮秒级的超快电荷分离。这一现象归因于分子镊子的二吡咯甲烷和BODIPY单元的电荷密度可以离域到外围的六苯并蔻上，同时电荷通过六苯并蔻与C60之间的π-π相互作用由六苯并蔻表面高效地转移到C60上。
图三. 分子镊子及其在过量C60存在下的瞬态吸收光谱和衰减曲线。
总之，该工作首次将纳米石墨烯引入到卟啉内核，实现了纳米石墨烯与卟啉体系的真正“融合”。该工作得到了韩国Yonsei University的Prof. Dongho Kim课题组，Soonchunhyang University 的Prof. Juwon Oh课题组和美国UT Austin的Prof. Jonathan Sessler课题组，在超快光谱，理论计算和晶体解析等方面的大力支持。相关成果近期发表于期刊《Journal of the American Chemical Society》: Nanographene-Fused Expanded Carbaporphyrin Tweezers. Haodan He,⊥ Yu Jin Lee,⊥ Zhaohui Zong, Ningchao Liu, Vincent M. Lynch, Jinseok Kim, Juwon Oh,* Dongho Kim,* Jonathan L. Sessler,* and Xian-Sheng Ke*. DOI: 10.1021/jacs.3c10122. 北京师范大学是该工作的第一单位；化学学院2021级博士生何浩丹和Yonsei University的博士生Yu Jin Lee为论文的共同第一作者；该工作受到国家自然科学基金委（22275020）和北京师范大学启动经费的支持。
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