由电场驱动的、基于曲率导向的选择性C-C键断裂

《Journal of the American Chemical Society》：Curvature-Directed Selective C–C Bond Cleavage Driven by Electric Fields

分子曲率梯度编程选择性断裂C-C键及量子干涉效应研究。通过泪滴形碳纳米环（mCPP）在约1V电场下实现高选择性C-C键断裂，产率75%，并发现曲率诱导的量子干涉效应导致电导抑制超4个数量级。

　　

通过控制分子应变来调节化学反应性，为在单分子层面实现精确的键操控提供了一种有效的策略。在本研究中，我们发现非平面π-共轭体系中的空间差异性曲率能够在无需催化剂或苛刻条件的情况下，精确控制碳-碳（C–C）键的断裂位置。利用一种具有内在曲率梯度的泪滴形碳纳米环（meta-cycloparaphenylene, mCPP），我们通过扫描隧道显微镜断裂结（STM-BJ）技术施加轻微的电场（约1伏特），实现了对最易发生应变位置的C–C键的高选择性断裂。该过程的产率约为75%，生成的线性寡苯链具有明确的金-碳（Au–C）σ键接触。值得注意的是，这种弯曲的分子结构在键断裂后形成了特定的传输路径，该路径本身表现出破坏性量子干涉（DQI）效应，导致导电性降低了4个数量级以上。这些发现表明，分子曲率可以作为可编程的设计元素，用于引导π-电子体系中的键激活和电荷传输过程。