Angew：“一锅法”合成具有多重共振特性的硼氮掺杂杯[4]芳烃

构筑功能化的新型大环分子是超分子化学的核心之一。在众多的大环分子中，杯芳烃由于性能独特，在医药、分子识别、催化和模拟酶等领域有着广泛的应用。尽管已经取得长足的发展，但如何进一步设计开发具有深腔结构和特定光学性质的新型杯芳烃仍备受期待。

近年来，具有多重共振（MR）特性的多环芳烃（PAH）引起了研究者的重点关注。MR分子因其大平面、刚性、高色纯、高光效等突出优点，是构筑新型杯芳烃的理想片段之一。近日，基于“一锅法”的高温硼烷化反应，清华大学段炼教授团队成功将传统的杯芳烃“嵌入”MR基因，首次开发出具有窄光谱特性的硼氮掺杂杯[4]芳烃（C-BN）。

单晶X射线衍射结果表明，C-BN具有中心对称的杯状结构，即两个同侧的MR片段和相邻的间苯二胺桥分别组成“杯身”和“杯底”。C-BN的空腔尺寸为6.8埃宽、4.6埃高。理论计算表明，C-BN的前线轨道显著局域在原子上，表明其具有MR的特征。此外，由于LUMO只分布在其中一个MR片段上，另一MR片段能够很好地起到“惰性位阻包覆”的作用，理论上能够有效抑制分子聚集产生的光谱展宽和发光淬灭。

上述猜想在对应的掺杂薄膜和电致发光器件中得到了很好地验证。在1-12 wt%宽掺杂浓度范围内，C-BN的发光波长均保持在452 nm附近，并且具有25-28 nm的窄半峰宽。受益于其高光致发光效率，器件的外量子效率可达24.7%-26.6%。

该工作系首例关于高性能杯芳烃有机发光二极管（OLED）的报道。作者认为，这种新型硼氮掺杂杯芳烃所表现出的优异性能将大大拓宽大环化合物分子的应用领域。