Nonalternant Nanographenes Containing N-Centered Cyclopenta[ef]heptalene and Aza[7]Helicene Units

螺旋烯 化学 结晶学 外消旋化 圆二色性 荧光 螺旋(腹足类) 磷光 立体化学 分子 有机化学 生态学 物理 量子力学 蜗牛 生物
作者
Shuhai Qiu,Abel Cárdenas Valdivia,Weiwen Zhuang,Faan‐Fung Hung,Chi‐Ming Che,Juan Casado,Junzhi Liu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (23): 16161-16172 被引量:4
标识
DOI:10.1021/jacs.4c03815
摘要

Introducing helical subunits into negatively curved π-systems has a significant effect on both the molecular geometry and photophysical properties; however, the synthesis of these helical π-systems embedded with nonbenzenoid subunits remains challenging due to the high strain deriving from both the curvature and helix. Here, we report a family of nonalternant nanographenes containing a nitrogen (N)-doped cyclopenta[ef]heptalene unit. Among them, CPH-2 and CPH-3 can be viewed as hybrids of benzoannulated cyclopenta[ef]heptalene and aza[7]helicene. The crystal structures revealed a saddle geometry for CPH-1, a saddle-helix hybrid for CPH-2, and a twist-helix hybrid for CPH-3. Experimental measurements and theoretical calculations indicate that the saddle moieties in CPHs undergo flexible conformational changes at room temperature, while the aza[7]helicene subunit exhibits a dramatically increased racemization energy barrier (78.2 kcal mol–1 for CPH-2, 143.2 kcal mol–1 for CPH-3). The combination of the nitrogen lone electron pairs of the N-doped cyclopenta[ef]heptalene unit with the twisted helix fragments results in rich photophysics with distinctive fluorescence and phosphorescence in CPH-1 and CPH-2 and the similar energy fluorescence and phosphorescence in CPH-3. Both enantiopure CPH-2 and CPH-3 display distinct circular dichroism (CD) signals in the UV–vis range. Notably, compared to the reported fully π-extended helical nanographenes, CPH-3 exhibits excellent chiroptical properties with a |gabs| value of 1.0 × 10–2 and a |glum| value of 7.0 × 10–3; these values are among the highest for helical nanographenes.
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