扭曲的二维、三维稠环芳烃具有独特的π-共轭体系，可以呈现出新奇的物理化学性质，这类化合物普遍具有较高溶解度和稳定性，便于后续加工，有望应用于有机电子器件、主客体化学、磁学等领域，是一类极具吸引力的有机半导体材料。我校软物质科学与工程高精尖创新研究中心的张磊教授课题组在扭曲二维、三维稠环芳烃的合成、结构调控、性能提升的方面开展了系列研究（Org. Lett. 2018, 20, 4512; J. Org. Chem. 2019, 84, 5936; Chem. Sci. 2019, 10, 4951）。在此基础上，该课题组近日报道了一种新型的“碗状”化合物：二茚并苝（diindeno[4,3,2,1-fghi:4′,3′,2′,1′-opqr]perylene），该化合物是C70的一个片段分子。这类高度扭曲的化合物因具有较大的分子张力而合成上难度较大，迄今为止很少有高效的方法报道，人们对该类化合物聚集态的行为知之甚少。作者通过巧妙的结构设计，成功地将C70分子中全部特征碳原子和化学键植入该类化合物骨架中；借助Pd催化的分子内环化反应，有效地克服了分子中的张力，在相对温和的反应条件下制备了含有两种不同取代基的“碗状”化合物 1 和2。（如下图所示）

研究表明，该类分子的聚集态结构可以通过取代基进行精确调控，实现了载流子在该类曲面分子中的有效传输，其迁移率达0.31 cm2 V-1 s-1；作者进一步证实该类化合物可以与富勒烯分子共结晶，制备出高质量的二维晶体，呈现双极性传输特性，空穴和电子迁移率分别达到0.07 cm2 V-1 s-1 和0.4 cm2 V-1 s-1（如下图所示）。该工作为功能化“碗状” 稠环芳烃、调控化合物的聚集态结构及载流子传输、并进一步推动该类化合物在有机光电器件中的应用提供了一种新的策略。该成果近期发表在美国化学会志上（J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 2460），入选该期刊封面文章。张磊课题组博士后高广鹏和硕士研究生陈萌为本文的共同第一作者，分子模拟部分由美国肯塔基大学化学系的合作者们完成。该工作得到了国家自然科学基金、北京化工大学高精尖创新中心、有机无机复合材料国家重点实验室的资助。

文章链接：Guangpeng Gao, Meng Chen, Josiah Roberts, Meng Feng, Chengyi Xiao, Guowei Zhang, Sean Parkin, Chad Risko, Lei Zhang*. J. Am. Chem. Soc, 2020, 142, 2460-2470. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b12192