夏海平教授科研成果--碳龙系列配合物

碳龙配合物 结构多样 性能丰富 

碳龙配合物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]。

图2 碳龙物种构效关系—

两大结构特征派生四类用途

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：

1.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]。

2.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 ○

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。

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]。

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]。

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]。

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]。

参考文献

1. Nature Chem. 2013, 5, 698.

2. Acc. Chem. Res. 2018, 51, 1691.

3. Acc. Chem. Res. 2023, 56, 924.

4. Nat. Commun. 2014, 5, 3265.

5. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 6232.

6. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 6181.

7. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 1822.

8. Nat. Commun. 2020, 11, 4651.

9. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 3102.

10. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 7189.

11. Sci. Adv. 2016, 2, e1601031.

12. Angew. Chem., Int. Ed. 2017, 56, 9067.

13. Nat. Commun. 2019, 10, 1488.

14. Angew. Chem., Int. Ed. 2022, 61, e202211734.

15. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2021, 118, e2102310118.

16. Chem. Sci. 2023, 14, 1227.

17. Nat. Commun. 2017, 8, 1912.

18. Sci. Adv. 2018, 4, eaat0336.

19. iScience 2019, 19, 1214.

20. J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 7759.

21. J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 15587.

22. J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 7580.

23. J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 2301.

24. iScience 2020, 23, 101379.

25. Nat. Commun. 2022, 13, 2245.

26. J. Mater. Chem. B 2018, 6, 2528.

27. Adv. Mater. 2021, 33, e2101279.

28. Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2300359.

29. Adv. Sci. 2022, 9, 2203640.

30. Nat. Commun. 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-39223-9.

31. Angew. Chem., Int. Ed. 2023, 135, e202305489.

32. Nano-Micro Lett. 2023, DOI:10.1007/s40820-023-01130-5.

33. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 14344.

34. J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 10404.

35. ACS Macro Lett. 2018, 7, 1034.

36. ACS Macro Lett. 2020, 9, 344.

37. SusMat 2022, 2, 679.