富勒烯的球形彎曲共軛體系相比其他經典有機分子非常獨特，且這種特性可以被應用在主客體研究中。已經有一系列的超分子體系被報導過，例如將氫氣，水，氧氣，一氧化碳等裝入C60開孔衍生物的空腔。其中水分子是最為熟知的客體小分子，通過反應溶劑或者后處理過程，在富勒烯衍生物孔徑合適的情況下，會有且僅有一個水分子進入富勒烯的空腔。在這些化合物中，主客體的距離相當小從而具有非鍵相互作用（氫鍵、偶極相互作用和范德華力）。若在開孔邊緣存在雜原子時，可以增強這些相互作用以及在一定程度上決定內部原子的取向。 最近，北京大學的甘良兵教授及其團隊合成了有100%包封水分子的富勒烯衍生物，并且水分子與籠上酰胺碳基之間有明顯的氫鍵相互作用。在之前，很少見到有富勒烯衍生物與包合物之間有氫鍵為主導的相互作用的例子，該化合物通過X-射線晶體學、高分辨質譜、核磁共振氫譜以及理論計算等方面，確定了氫鍵的存在并且解析了該氫鍵的性質。
首先，已知的具有一個環(huán)氧結構的化合物1作為原料，利用對甲苯磺酸催化完成開環(huán)反應，生成含有四個同分異構體的一組產物2，異構化是由于籠邊緣其他基團與內酯基團的相對位置不同以及籠邊緣酰胺基團的手型導致的。之后再在不同時長的加熱條件下，分別使籠側邊的內酯基團脫羧并將亞胺基團水解，得到了最后的產物3和4。 晶體數據表明，酰胺羰基與內包水氧原子之間的距離為2.859 ?，說明存在氫鍵。在對晶體結構在M06-2X/6-31G**水平下優(yōu)化進行DFT計算，得到的結果為2.955 ?，并且通過Multiwfn計算了氫鍵鍵能和弱相互作用，得知該氫鍵鍵能為-3.83 kcal/mol。同時，使用VMD可視化弱相互作用，如上圖所示，明顯看出呈現淡藍色提示氫鍵的存在。該工作得到了一個完全包合水分子并且修飾基團與籠內水存在氫鍵的富勒烯衍生物，并且對氫鍵的性質作了實驗與理論探究，對研究富勒烯領域主客體化學中，主客體相互作用的方式有了更進一步的了解。 論文信息 Synthesis of Open-Cage Fullerenes Containing a H-Bond between the Encapsulated Water Molecule and the Amide Moiety on the Rim of the Orifice Zhen Liu, Rui Gao, Zeyu Liu, Prof.?Dr. Hong Fei Han, Dr. Jie Su, Prof.?Dr. Peng Jin, Prof.?Dr. Liangbing Gan European Journal of Organic Chemistry DOI: 10.1002/ejoc.202200854
