二维分子组装的竞争性手性诱导

吴凯

北京大学化学与分子工程学院，北京 100871

(a) 竞争手性诱导形成的表面手性网格结构的高分辨STM图像；(b) 竞争手性诱导形成表面手性网格结构的示意图；(c) 表面CW网格结构的覆盖度与溶液中手性共吸附分子浓度间的关系曲线；(d) 基于分子力学方法优化的竞争手性诱导形成的表面手性网格结构的分子模型。

手性分子组装是化学、材料、生命科学等领域研究的重要课题之一。研究分子组装过程的手性诱导和控制，对手性组装结构及材料的设计构筑及其在分子识别、分离、催化、不对称光学等领域的应用具有指导意义，也有助于对自然界中手性起源这一基本科学问题的认识。

由于表界面处的对称性破缺，分子在表界面组装过程中形成手性超分子组装结构。这一过程是研究手性分子组装中手性诱导、传递和放大的重要模型体系。在组装过程中，固有手性分子的手性信息可以诱导和传递到超分子层次，使得组装结构通常也具有特定的手性特征，该方法是构筑具有特定手性特征的组装结构或材料的重要途径之一1,2。此外，通过非共价作用引入手性信息，如使用手性溶剂或手性辅助剂，也可实现对分子组装体系的手性诱导和控制3,4。这种基于非共价作用引入手性信息的策略目前多用于调控非手性分子的组装结构。考察非共价作用介导的手性诱导与固有手性中心的手性诱导这两种手性控制策略在分子组装中的竞争作用对于理解手性诱导和传递的物理化学基础具有重要意义。

近来，中国科学院化学研究所万立骏院士及王栋研究员团队提出以简单的手性共吸附分子实现固/液界面非手性分子组装体系的手性诱导及控制的策略，为固/液界面手性分子组装结构的手性诱导及控制提供了新思路和新方法5,6。最近，他们研究了手性共吸附分子对固有手性分子在固/液界面组装结构的影响，考察了非共价介导的手性信息与分子固有手性信息在表面二维分子组装中的相互作用。研究发现，在枝状分子BIC的侧链上共价键连的手性中心或通过非共价键引入 1-辛醇的手性同系物作为共吸附分子，均可实现对固/液界面组装结构的手性诱导和控制；少量的手性BIC同系物或手性共吸附分子还可作为手性种子，诱导非手性BIC分子形成具有特定手性特征的组装结构。有趣的是，当向手性BIC同系物的组装体系中引入少量具有相反手性特征的共吸附分子时，BIC分子固有手性在组装过程中的传递和放大作用被抑制；当溶液中手性共吸附分子浓度达50% (体积比)时，手性共吸附分子，而非固有手性中心决定二维组装结构的手性。分子力学模拟结果进一步阐释了氢键在手性诱导和传递过程中的重要作用。该结果从分子层次研究了非共价相互作用介导的手性信息对固有手性分子组装过程的作用和影响，揭示分子组装过程中手性诱导和控制的分子机制，可为发展高效的手性诱导控制策略提供指导。

该研究工作近期已在 Science Advances上发表7。