近日，南方科技大学理学院化学系副教授倪勇团队联合湖南大学教授曾泽兵团队以及新加坡国立大学教授吴继善团队，在共轭分子拓扑结构的构建及芳香性研究领域取得重要进展。相关成果以“Aromaticity and through-space electronic coupling in [2]catenanes comprising two intertwined globally electron-delocalized octaphyrinoid rings”为题，在学术期刊《自然-合成》（Nature Synthesis）上发表。

具有特殊拓扑结构的π-共轭分子（例如索烃与分子结）不仅突破了传统平面型π体系的电子离域限制，还展现出独特的拓扑芳香性及电子、自旋磁相互作用。然而，此类结构的合成仍面临巨大挑战，现有报道多局限于在单个苯环单元中呈现局域芳香性，无法实现π-电子的整体高效离域。本研究采用“被动金属模板”策略，以2,2′-二吡咯甲烷为配位导向单元，成功构建了首例全π共轭的[2]索烃拓扑分子。该结构由两个相互贯穿的扩展卟啉大环构成，每个环均具备34个离域π电子，呈现出具有纠缠磁屏蔽效应的全局芳香性。X射线单晶衍射分析显示，中性[2]索烃中两环呈近乎正交排布，其构型由多重[NH···N]与[S···N]近程非共价作用稳定维持。

图1.X射线晶体结构及电子自旋态自适应调节示意图

在经历四电子氧化后，该体系转化为含两个32π电子大环的四阳离子态，每个环均呈现全局反芳香性特征。值得注意的是，拓扑缠绕的两个反芳香性大环之间存在显著的电子耦合相互作用，这有效地削弱了单个环的反芳香性，提升了分子的整体稳定性。更为重要的是，在固态单晶中，通过改变反离子种类，能够有效地调节其与共轭拓扑分子骨架的静电作用强度，改变分子在晶格中的堆积形式，进而实现对单个扩展卟啉环的芳香/反芳香特性及电子自旋态的调控。当采用体积较大、静电作用较弱的六氯锑酸根作为反离子时，四阳离子体系当中的两个扩展卟啉环均处于三线态电子自旋态，呈现出具有Baird芳香性的电子结构特征；同时，二者间的拓扑缠绕诱导了三线态-三线态湮灭现象的发生。该研究系统揭示了分子拓扑结构、电子结构、自旋磁性及外部化学环境之间的动态耦合机制，为拓扑电子材料与分子磁性材料的研究提供了新的思路与视角。

南方科技大学化学系2023级博士研究生眭玉光为本文第一作者。吴继善教授、曾泽兵教授以及倪勇副教授为本论文共同通讯作者。南科大为论文第一单位。该研究得到了国家自然科学基金项目、新加坡教育部、新加坡科技研究局、广东省可持续仿生材料与绿色能源重点实验室、深圳市科创委和南方科技大学的资助和支持。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s44160-025-00918-0

供稿：化学系

通讯员：陈敏

编辑：任奕霏