10-叠氮四唑并[1,5-a][1,10]菲咯啉的异常分子结构：一种罕见的叠氮-四唑互变异构现象研究

研究人员针对An/Ln（锕系/镧系）分离配体开发难题，通过四步反应合成具有荧光特性的10-叠氮四唑并[1,5-a][1,10]菲咯啉。单晶XRD揭示其平面分子构象存在0.91:0.09的主次构象比及180°翻转现象，量子理论计算证实该结构稳定性，为放射性核素分离提供新型配体设计思路。

　　

在核废料处理和稀土元素分离领域，锕系(An)与镧系(Ln)的化学分离始终是重大挑战。传统配体因选择性不足常导致分离效率低下，而含氮杂环配体因其独特配位能力成为研究热点。1,10-菲咯啉衍生物虽具有优异配位性能，但其叠氮-四唑互变异构行为的研究仍属空白。兰州大学团队在《Asian Journal of Organic Chemistry》发表的这项研究，首次揭示了10-叠氮四唑并[1,5-a][1,10]菲咯啉的异常分子行为。

研究采用四步合成法获得目标化合物，通过元素分析、质谱和核磁进行结构确证。热分析(TGA/DSC)评估其热稳定性，荧光光谱检测光学特性，单晶X射线衍射(XRD)解析晶体结构，并辅以密度泛函理论(DFT)计算验证构型稳定性。

¹分子结构特征

单晶分析显示该分子呈平面构型，晶体中存在91%主构象与9%次构象的独特比例，二者通过180°分子翻转相互转化。这种构象紊乱现象在菲咯啉衍生物中极为罕见。

²光谱学特性

荧光光谱观察到显著红移现象，激发峰和发射峰分别偏移至365nm和450nm，表明四唑环的引入显著改变了电子跃迁能级。

³理论计算验证

DFT计算对比五种可能异构体，证实10-叠氮四唑并[1,5-a]结构具有最低形成能(-84.3 kJ/mol)，其稳定性源于共轭体系的电子离域效应。

该研究不仅首次报道了菲咯啉骨架中的叠氮-四唑互变异构现象，更为An/Ln分离配体设计提供了新思路。分子平面性增强配位能力，荧光特性可实现原位监测，而热稳定性(分解温度>200°C)满足核燃料循环苛刻条件。Pavle Mocilac等指出，这种"刚柔并济"的分子设计策略可推广至其他放射性核素分离体系。值得注意的是，晶体中观察到的构象动态平衡现象，为理解固态分子运动提供了新案例。