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螺烯類雙自由基具有手性、磁性、手性誘導的自旋選擇性、圓偏振光吸收與發(fā)射、磁手性二色性及電磁手性各向異性等物理性質(zhì)。近年來，關(guān)于螺烯雙自由基的設計和合成的研究取得了進展。而螺烯雙自由基具有高度化學反應活性和對映體拆分困難、穩(wěn)定的螺烯雙自由基數(shù)目較少、晶態(tài)純對映體稀少等問題，阻礙了這類物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)和手性物理性質(zhì)的研究及進一步應用。因此，合成并分離穩(wěn)定的晶態(tài)螺烯雙自由基化合物以及調(diào)控其磁性和手性等物理性質(zhì)是該領域亟待研究的問題。中國科學院上海有機化學研究所研究員王新平團隊設計并合成了新型手性螺烯雙自由基化合物。該團隊設計并合成了由鄰二醌官能團化的[7]螺烯分子Rac-3及其對映異構(gòu)體P/M-3。研究對Rac/P/M-3進行化學還原，分離出穩(wěn)定的雙陰離子及其對映異構(gòu)體（Rac/P/M-3K）。在此基礎上，與B(C6F5)2Cl反應，研究獲得中性含硼螺烯雙自由基Rac/P/M-3B。進而，研究對化合物Rac/P/M-3K和Rac-3B進行單晶、EPR、SQUID及紫外吸收光譜等表征。EPR和SQUID測試結(jié)果表明，3K和3B的基態(tài)均為開殼層單線a態(tài)雙自由基。這一結(jié)果與理論計算結(jié)果吻合。進一步，科研人員對P/M-3K和P/M-3B雙自由基對映異構(gòu)體進行手性光學性質(zhì)研究。ECD光譜表明，200nm至400nm范圍內(nèi)的手性光學響應來源于螺烯骨架；而結(jié)合紫外吸收光譜發(fā)現(xiàn)，500nm至780nm范圍內(nèi)的手性光學響應歸因于雙自由基的特征吸收。雙自由基在這一區(qū)域內(nèi)的手性響應差異歸因于自旋相互作用差異和自由基類型。同時，研究顯示，將雜原子硼結(jié)合到螺烯雙陰離子上，可以調(diào)控其自旋-自旋相互作用強弱及手性光學性質(zhì)，并能夠增強其雙自由基的熱穩(wěn)定性。該研究探討了螺烯雙自由基的晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)、磁學性質(zhì)及手性光學性質(zhì)等內(nèi)容，揭示了螺烯雙自由基磁學性質(zhì)、手性光學特性與分子結(jié)構(gòu)之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，為新型多功能雙自由基材料的設計與合成提供了新思路和新策略。近期，相關(guān)研究成果發(fā)表在《德國應用化學》上。研究工作得到國家自然科學基金委員會和中國科學院等的支持。螺烯雙自由基化合物的理性設計