奧林匹克烯（Olympicene，化學(xué)式C??H??）是一種由五個(gè)苯環(huán)融合形成的多環(huán)芳烴，因其分子結(jié)構(gòu)形似奧運(yùn)五環(huán)而得名。

一、結(jié)構(gòu)特征

1、分子構(gòu)型
奧林匹克烯由五個(gè)苯環(huán)通過特定方式連接而成，其中三個(gè)環(huán)疊于另外兩個(gè)環(huán)之上，形成類似奧運(yùn)五環(huán)的扁平結(jié)構(gòu)。其寬度僅約1.2納米，相當(dāng)于人類頭發(fā)直徑的十萬分之一。

2、電子特性
分子中共有18個(gè)π電子，整體呈現(xiàn)芳香性，但中心環(huán)因空間位阻未參與芳香體系。

圖片來源：摩熵化學(xué)（MolAid）

二、物理化學(xué)性質(zhì)

1、物理參數(shù)：密度1.28 g/cm3，熔點(diǎn)約147.67°C，沸點(diǎn)約511.75°C，水溶性極低（0.02892 g/L）。從外觀上看，純凈的奧林匹克烯通常呈片狀或結(jié)晶狀。由于其分子結(jié)構(gòu)的特殊性，具有一定的平面性和共軛體系，在電學(xué)和光學(xué)等方面展現(xiàn)出獨(dú)特的性質(zhì)，如具有一定的導(dǎo)電性和特殊的光學(xué)吸收、發(fā)射特性。

2、化學(xué)特性：奧林匹克烯的化學(xué)特性非常活躍，對光和空氣敏感。分子的拓?fù)鋷缀谓Y(jié)構(gòu)決定了相鄰碳原子不能完全成鍵，存在自由基在分子內(nèi)離域。其結(jié)構(gòu)近似的苯并[a]芘等化合物具有致癌性，推測奧林匹克烯可能也有類似風(fēng)險(xiǎn)。

三、合成與成像突破

1、合成歷程
該化合物早在1960年代已被化學(xué)界認(rèn)知，但因技術(shù)限制未能實(shí)現(xiàn)合成與成像。2012年，為慶祝倫敦奧運(yùn)會，英國華威大學(xué)團(tuán)隊(duì)在Peter Scott和David Fox的領(lǐng)導(dǎo)下，通過有機(jī)合成技術(shù)（如Wittig反應(yīng)、Friedel–Crafts反應(yīng)等）成功制備了奧林匹克烯。

2、高分辨率成像
借助IBM蘇黎世研究所的非接觸式原子力顯微鏡（AFM），研究人員首次拍攝到其原子級清晰圖像，揭示了其精確的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。

奧林匹克烯（Olympicene）的掃描式隧道顯微鏡拍攝圖像

3、合成方法的突破：穩(wěn)定的奧林匹克烯自由基的首次合成

2020年，天津大學(xué)孫哲團(tuán)隊(duì)首次通過動力學(xué)保護(hù)策略合成并分離出穩(wěn)定的奧林匹克烯自由基化合物，并利用X射線單晶結(jié)構(gòu)解析精確地確定了其分子結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵創(chuàng)新在于：

1）取代基保護(hù)：利用Hückel分子軌道理論（HMO）計(jì)算了奧林匹克烯自由基的單占據(jù)分子軌道（SOMO）系數(shù)，發(fā)現(xiàn)該分子在6位具有最大的數(shù)值，因此，在6位引入適當(dāng)取代基對高自旋密度位點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)。

2）氧化反應(yīng)調(diào)控：采用 保護(hù)-氧化-保護(hù)（P-O-P）策略，逐步引入取代基，實(shí)現(xiàn)自旋離域與分子穩(wěn)定；

3）單晶結(jié)構(gòu)解析：通過X射線衍射確認(rèn)其以 π-二聚體 形式存在，揭示“20中心2電子”離域鍵的本質(zhì)，這是分子間π鍵的首次實(shí)驗(yàn)證實(shí)。

奧林匹克烯自由基單占據(jù)分子軌道（左）；具有“20中心2電子”的奧林匹克烯自由基π-二聚體（中）；本工作制備的奧林匹克烯自由基OR1（R1為三異丙基硅基乙炔基，R2為氫），OR2（R1為三異丙基硅基乙炔基，R2為3，5-二叔丁基苯基）（右）

4、一些相關(guān)反應(yīng)信息：

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四、主要應(yīng)用

1、材料科學(xué)領(lǐng)域：是一種五苯以外的有機(jī)半導(dǎo)體，可用于研發(fā)下一代太陽能電池、發(fā)光二極管或其他有機(jī)電子器件，硼摻雜的奧林匹克烯還表現(xiàn)出良好的化學(xué)穩(wěn)定性和電子特性，在有機(jī)電子產(chǎn)品中具有應(yīng)用潛力。

來自中國的研究人員設(shè)計(jì)了一種一鍋法方案，合成出一類平面型的硼摻雜奧林匹克烯 (boraolympicenes) 產(chǎn)物

2、量子磁性研究：上?？萍即髮W(xué)物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院于平課題組與蔣易凡課題組、甄家勁課題組以及上海交通大學(xué)李燦博士合作，在金（Au）表面上成功合成了以奧林匹克烯為最小單元的海森堡反鐵磁自旋鏈，并對其自旋子激發(fā)的物理現(xiàn)象進(jìn)行探究，為未來制造和探索其他奇異量子材料提供了嶄新研究思路和策略。

一維海森堡自旋鏈的合成路徑以及結(jié)構(gòu)表征

3、生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域：天津大學(xué)分子 + 研究院孫哲教授課題組與清華大學(xué)馬嵐教授課題組合作，開發(fā)了一種具有生物相容性的二苯基取代二奧林匹克烯（diphenyl-substituted biolympicenylidene, BO-Ph）雙自由基納米顆粒，可實(shí)現(xiàn)分子材料的穩(wěn)定性、生物相容性和多態(tài)氧化還原活性，對腎臟具有代謝重編程作用，為有機(jī)共軛雙自由基在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新的思路。

a) BO-Ph誘導(dǎo)的腎臟代謝重編程 b) 單晶X光衍射 c) 循環(huán)伏安圖 d) 透射電鏡表征

五、研究意義與社會影響

• 科學(xué)傳播：奧林匹克烯的合成與命名結(jié)合了科學(xué)創(chuàng)意與奧運(yùn)精神，旨在激發(fā)公眾尤其是學(xué)生對化學(xué)的興趣。

• 技術(shù)啟示：其合成過程中涉及的先進(jìn)成像技術(shù)（如AFM）推動了分子可視化技術(shù)的進(jìn)步。

總結(jié)

奧林匹克烯不僅是一個(gè)具有象征意義的分子，更因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能成為材料科學(xué)的研究熱點(diǎn)。未來，其在新能源和納米技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用潛力值得進(jìn)一步探索。如需更詳細(xì)的合成步驟或電子結(jié)構(gòu)分析，可參考相關(guān)化學(xué)文獻(xiàn)或?qū)I(yè)數(shù)據(jù)庫，如Scifinder、Reaxys、摩熵化學(xué)MolAid等。這里小編更推薦摩熵化學(xué)MolAid，因?yàn)楸容^符合國人習(xí)慣，中文操作界面的呢。之前Scifinder賬號被封，摩熵化學(xué)MolAid救老命了，好感度up！但是最好還是多結(jié)合幾個(gè)平臺查看，以防萬一嘛~

參考：

[1]百度百科

[2]J. Am. Chem. Soc., 2020, DOI: 10.1021/jacs.0c02287

[3]J Guo et al, Chem Sci, 2023, DOI: 10.1126/science.adf3727

[4]Fabrication of spin-1/2 Heisenberg antiferromagnetic chains via combined on-surface synthesis and reduction for spinon detection

[5]Adv. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adma.202301338