最近燕红课题组在氢键弱相互作用研究中取得重要进展。该研究首次在实验上发现了一种基于B–H键和芳环的B−H···π弱相互作用氢键。研究论文 “B−H···π Interaction: A New Type of Nonclassical Hydrogen Bonding” 最近发表于美国化学会J. Am. Chem. Soc. (DOI: 10.1021/jacs.6b01249)，并被JACS选为封面及亮点文章（spotlighted by New Type of Non-Classical Hydrogen Bonding）。同时被C&EN（titled by Novel B-H Hydrogen Bond Observed，March 7, 2016），Chemistry World (titled by New Type of Hydrogen Bond Discovered, March 9, 2016)， X-MOL资讯 (《JACS》: 中美科学家团队发现新型氢键, March 17，2016) 等媒体报道及评论。

    非共价弱相互作用氢键X−H···π ( X = C, N, O ) 广泛存在于分子间及分子内，并在生命活动及分子自组装过程中扮演了重要的角色。上述常见的X−H···π 氢键中X 的电负性大于 H。但是由于硼的正电性，通常情况下B−H化合物与芳环相互排斥而非相互吸引。然而在二硼烷(B₂H₆)和碳硼烷(C₂B₁₀H₁₂)化合物中，三中心二电子(2e-3c)的成键模式使得B−H键的氢原子显示微弱的正电性。B−H键的极性翻转使得在B₂H₆···C₆H₆模型和carborane···C₆H₆模型中B−H···π氢键可在低温条件下存在。

    燕红课题组以稳定性高的碳硼烷为载体，利用巯基碳硼烷半夹芯铱金属有机化合物与芳基膦配体的配位作用，通过实验手段在室温下分别在固态及溶液中观测到了B−H···π氢键。通过X-射线单晶衍射技术精确地测定了B−H···π氢键的键长和键角；通过核磁共振在溶液状态下证明了由于B−H···π的成键作用，使得B−H键中氢化学位移向高场发生明显位移（> 1.5 ppm）， 并对B核产生了显著影响；并通过量子化学计算揭示了B−H···π氢键的成键本质是静电作用。研究发现该类弱相互作用的强度约相当于0.35个键级，与二聚水分子内的氢键强度相当。这一新型非共价弱相互作用的发现推动了X−H···π氢键和含硼化合物超分子化学的研究，为设计高生物亲和性的含硼药物分子提供了理论指导。

    上述实验工作由博士生张晓磊及戴慧敏完成，理论工作由美国Prof.Dieter Cremer (Southern Methodist University)课题组完成。 该项研究得到了国家自然科学基金委及科技部的资助。

 

图1：B−H···π氢键的理论模型

 

图2：B−H···π氢键的实验模型

 

图3：溶液中B−H···π氢键形成证明（¹H NMR）