多金屬協(xié)同催化是近些年化學(xué)研究的一個(gè)重要課題。生命體系中各種金屬酶在溫和條件下所表現(xiàn)出的高效、高選擇性催化能力啟發(fā)人們?cè)O(shè)計(jì)和發(fā)展具有高活性的多金屬催化劑，以期將其應(yīng)用于水裂解、固氮、二氧化碳活化等與人類能源和環(huán)境問題解決息息相關(guān)的重要反應(yīng)轉(zhuǎn)化中。認(rèn)識(shí)和厘清多核金屬有機(jī)化合物(Polynuclear Organometallic Compounds)的性質(zhì)與反應(yīng)轉(zhuǎn)化規(guī)律，是設(shè)計(jì)和發(fā)展多金屬催化劑的基礎(chǔ)。
自2010年起，清華大學(xué)化學(xué)系副教授趙亮課題組致力于利用超分子組裝手段可控合成具有明確結(jié)構(gòu)的多核有機(jī)金屬簇，以此為基礎(chǔ)研究有機(jī)金屬簇的性質(zhì)與反應(yīng)轉(zhuǎn)化，并圍繞多金屬催化劑的合成與催化性能開展深入的探索研究。2016年5月，該課題組與廈門大學(xué)化學(xué)學(xué)院副教授朱軍課題組合作，在《自然-通訊》上發(fā)表了題為《合成四核與八核金取代的雜環(huán)芳基化合物探索芳香性吲哚正離子》的研究論文。趙亮課題組研究生袁駿與朱軍課題組研究生孫婷婷是本論文共同第一作者。
該論文報(bào)道了多金屬取代的雜環(huán)化合物—四核金取代的吲哚與八核金取代的苯并二吡咯的合成。X-射線單晶衍射表明，這兩個(gè)化合物的五元雜環(huán)中氮原子均呈四面體型與兩個(gè)碳原子以及兩個(gè)金原子結(jié)合，但整個(gè)五元環(huán)具有良好的平面性且存在明顯的鍵長平均化特征。理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)，此類多金屬取代的五元雜環(huán)具有超共軛芳香性。過渡金屬這種超乎尋常的作用與其含有更多電子的d軌道參與dπ-pπ共軛有關(guān)，其導(dǎo)致的超共軛芳香性超越了傳統(tǒng)的主族元素，從而形成了芳香性最為顯著的吲哚正離子。該研究首次將超共軛芳香性概念拓展到過渡金屬取代的雜環(huán)體系，揭示了此種新的芳香性類型在穩(wěn)定多金屬有機(jī)化合物方面發(fā)揮的重要作用。
