20世紀(jì)30年代，聯(lián)邦德國物理化學(xué)家休克爾（Erich Armand ArthurJoseph Hückel）提出了著名的休克爾規(guī)則（Hückel’s rule），規(guī)則指出：當(dāng)閉合環(huán)狀平面型的共軛多烯（輪烯）π電子數(shù)為（4n+2）時（其中n為0或者正整數(shù)），有機(jī)分子具有芳香性。具有芳香性的有機(jī)分子具有離域電子，在磁場中會產(chǎn)生環(huán)電流。更大的芳香性有機(jī)分子有可能產(chǎn)生電流回路，幫助量子科學(xué)家解決量子計算機(jī)中超導(dǎo)線圈元件的材料問題。但是，經(jīng)典的休克爾規(guī)則一般只適用于n<5的小型分子。一旦分子太大，就容易關(guān)閉離域電子而發(fā)生扭曲，失去芳香性。經(jīng)過近一百年的發(fā)展，已知的最大的芳香性分子只具有62個離域π電子。那么，芳香分子有沒有尺寸的限制，更有趣的性質(zhì)呢？科學(xué)家就是這么固執(zhí)，越是未知的事情，他就越是好奇；越是不可能的事情，他就越想去試一試。終于，牛津大學(xué)Harry L. Anderson教授經(jīng)過多年努力之后實現(xiàn)了突破。2020年1月20日，他們在Nature Chemistry報道了迄今為止最大的一個納米芳香環(huán)，環(huán)直徑達(dá)到16 nm，具有162個離域電子。Harry Anderson教授長期致力于超分子材料的設(shè)計合成，尤其是在卟啉納米體系中有深刻的見解。為了得到更大的芳香環(huán)，研究團(tuán)隊制造了一系列由炔烴連接的含卟啉鋅的分子環(huán)，并使用模板分子將每個環(huán)限定在一個整齊的圓中，就像自行車輪轂和輪輻一樣。然后，他們從分子中除去電子，以使電子數(shù)滿足經(jīng)典休克爾規(guī)則。最終，他們得到了一個直徑16nm，離域π電子數(shù)為162（n=40）的超大納米分子環(huán)，包含12個固定位置的卟啉單元。考慮到磁化作用會轉(zhuǎn)移分子NMR光譜中某些核的信號，研究人員通過核磁共振（NMR）光譜來評估分子的芳香性。研究發(fā)現(xiàn)，在中性形式下，每種卟啉都可以維持其自身孤立的環(huán)電流。但是當(dāng)分子改變成氧化態(tài)時，圍繞整個納米環(huán)會產(chǎn)生一個全局環(huán)電流。根據(jù)氫和氟原子的NMR信號，該分子在+6價氧化態(tài)下具有162個π電子，并表現(xiàn)出明顯的芳香性。1）將芳香性從分子尺度擴(kuò)展到介觀納米尺度；2）發(fā)現(xiàn)芳香環(huán)電流比簡單的苯環(huán)產(chǎn)生的環(huán)電流要大得多。當(dāng)然，這比微觀金屬環(huán)產(chǎn)生的環(huán)電流還是要小。但是，研究團(tuán)隊將持續(xù)探索更大芳香環(huán)的可能性，這將為包括量子效應(yīng)在內(nèi)的各種物理性質(zhì)帶來更多有趣的現(xiàn)象和無限的可能。Michel Rickhaus et al. Global aromaticity at the nanoscale.Nature Chemistry 2020.https://www.nature.com/articles/s41557-019-0398-3
