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環狀卟啉陣列不僅在模擬天然光捕獲系統和超分子化學方面具有重要的應用前景，而且其自身獨特的π共軛結構和分子構型，使其在合成化學領域備受關注。環狀卟啉陣列一般分為非共價相連和共價相連兩種。非共價相連的環狀卟啉陣列一般通過自組裝形成，雖然合成相對簡單，但是結構的穩定性較差；而共價環狀卟啉陣列結構上更加穩定，卟啉環之間的空間排布更加可控，因此受到化學家們更多的關注（圖1）。但是傳統的共價環狀卟啉陣列基本上是以芳香性的四吡咯卟啉為結構單元，而非芳香或反芳香的共價環狀卟啉陣列則未見報道。然而非芳香或反芳香的共軛體系與芳香體系的性質差別很大，有可能發現新的應用潛能。

圖1. 代表性的共價環狀卟啉陣列結構

最近，北京師范大學柯賢勝課題組首次報道了兩個基于碳雜卟啉的共價環狀陣列（圖2）。碳雜卟啉是卟啉的一個或多個吡咯氮原子被碳原子取代后的衍生物，可以根據非吡咯單元的不同，呈現出芳香性，反芳香或者非芳香性。本文以非芳香的聯苯碳雜卟啉為單體，巧妙地引入二溴取代，然后通過一鍋法Yamamoto偶聯，經過GPC分離和重結晶，可以14%和4%的收率分別得到共價環狀三聚體和四聚體。這兩個新穎的環狀卟啉陣列，均含有一個環間苯撐（CMP）的內核，因此構筑了卟啉化學和環狀聯苯化學之間的新橋梁，有可能作為一類新的大環主體化合物。

圖2. 環狀碳雜卟啉陣列的合成和結構

核磁共振氫譜和紫外可見光譜以及理論計算表明，三聚體和四聚體依然保持非芳香性。進一步結合超快光譜，作者研究了非芳香碳雜卟啉單元之間的能量傳遞行為。通過瞬態吸收各向異性和泵浦能量依賴的激發態動力學研究，發現碳雜卟啉單元之間能夠發生有效的能量傳遞。由于三聚體和四聚體的空間結構不同，導致二者躍遷偶極取向產生了明顯的差異，進而使它們的激子能量跳躍(EEH)時間差異較大，分別為18和35ps，這項研究為非芳香大環體系之間的能量傳遞提供了參考。

圖3. 泵浦能量依賴瞬態吸收和瞬態吸收各向異性動力學曲線圖

該工作得到了韓國延世大學的Dongho Kim教授課題組和美國得州大學奧斯汀分校的Jonathan Sessler教授課題組的大力支持和幫助。相關成果近期發表于期刊《Journal of the American Chemical Society》: Cyclic Carbaporphyrin Arrays. Haodan He, Seokwon Lee, Ningchao Liu, Xiaotong Zhang, Yuying Wang, Vincent M. Lynch, Dongho Kim*, Jonathan L. Sessler* and Xian-Sheng Ke*. DOI: 10.1021/jacs.2c11788。北京師范大學是該工作的第一單位；化學學院2021級博士生何浩丹是論文的第一作者，該工作受到北京師范大學啟動經費的支持。