中科院化学所张贞课题组 Nat. Commun.: 发展界面超分子手性传递分子机理研究新方法

导语：

手性在自然界中无处不在。界面所具有的非中心对称性为分子在界面的聚集和组装过程产生对称性破缺创造了先天条件，因此相比于体相，研究界面手性传递、自组装手性动力学对于理解手性起源、探寻生命起源、制备手性材料具有重要意义。超分子层次的手性问题是连接分子层次与宏观尺度（包括纳米尺度）手性的关键，它不仅对理解与模拟自然界中手性的起源乃至于生命的起源提供可行的思路，同时超分子组装方法也被广泛作为不对称合成、自催化、非线性光学、聚合物和材料科学、分子识别和自组装以及分子器件设计等领域的重要方法。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。 二阶非线性光学方法不仅具有界面选择性和敏感性，而且是手性敏感的技术，是原位在线的研究界面超分子手性的强大工具。

近日， 化学所分子反应动力学实验室张贞课题组在该领域取得进展，相关研究成果发表在 Nat. Commun. （ https://www.nature.com/articles/s41467-022-35548-z ）

图 1. 原位探索界面处的长程手性传递机制 ( 来源： Nat. Commun.)

前沿科研成果：发展界面超分子手性传递分子机理研究新方法

界面手性超分子自组装是近年来备受瞩目的研究领域之一。它不仅与手性生命系统密切相关，也是构建大型功能性手性材料的重要方法。超分子手性不仅与分子的手性相关，也取决于分子的空间排列。研究超分子手性形成机制中一个重要而困难的科学问题是原位研究界面分子手性如何被传递到超分子水平。迄今这一问题尚未有明确的答案。非线性光学方法相比较于其他研究手段具有原位、界面和手性研究的敏感性，为阐释手性物质结构与其特性之间的关系提供了重要技术和方法。

( 来源： Nat. Commun.)

本工作中，研究人员 使用课题组自行研制的非线性光谱及成像仪器并结合分子动力学模拟从分子水平探索了界面 超分子手性构筑过程中手性从分子手性中心到超分子尺度的手性传递机制， 建立了非线性光谱定量研究界面超分子长程手性传递的方法。 通过手性和频振动光谱 (chiral SFG) 结合分子动力学 (MD) 模拟研究了 两亲分子 L -/D-GAn ( N, N ’-bis (octadecyl) -L-/D- (anthracene-9-carboxamide)-glutamic diamide) 单分子膜界面，原位探究在构筑超分子单层的过程中，手性信息是如何在分子各基团间传递，并计算出分子各基团的取向信息以及组装形成的氢键数目。研究发现位于谷氨酸单元的手性中心通过分子间氢键诱导与之相连的酰胺基团发生轻微扭曲，将手性传递到酰胺基团、蒽环和疏水烷基链上。研究确定了 手性中心的手性信息可以通过分子间弱的非共价相互作用传递到 400- 500 nm 距离内的数百个分子中， L/D-GAn 分子在界面上通过分子间氢键、 π-π 堆积形成了大约 900 个分子长、 30 个分子宽的片状结构，本研究 极大地扩展了我们对界面超分子手性自组装机理的认识，为进一步解析超分子界面自组装分子机理提供了奠定了基础。

( 来源： Nat. Commun.)

这项研究对于理解分子本征手性和超分子手性之间的关系具有重要意义。本研究不仅对多相手性催化、手性物质的分离与拆分、化学传感器等领域具有指导意义 , 而且对探索生命物质中的手性起源问题等方面也非常重要。 该工作近期在线发表于《自然 - 通讯》 ( Nature Communications ) 期刊上。第一作者为中国科学院化学研究所博士后张悦凝，通讯作者为张贞研究员，该研究工作得到了国家自然科学基金委、北京市自然科学基金委和中国科学院相关研究项目的支持下。

课题组介绍： http://zhangz.iccas.ac.cn

中国科学院化学研究所张贞非线性光谱与成像课题组，长期以来从事科研仪器自主研制和应用的科研工作。基于和频光谱和二次谐波非线性光学技术手段，利用非线性光学技术的界面选择性和灵敏性，对界面围观性质和化学反应进行分子层次的研究。本课题组主要聚焦于两方面的研究：

1 、高分辨和频振动光谱以及超快二维和频振动光谱在分子层次上研究界面上分子结构、分子取向、分子间和分子内的相互作用及能量转移的动力学与机理。这些研究对于催化化学、电化学、生物化学及大气化学等学科的理论发展有重要意义。

2 、超分辨非线性光学显微成像研究生命与材料体系界面无标记化学成像 ，发展新的超分辨显微成像技术，并利用该技术研究纳米材料与细胞相互作用等基础科学问题，研究二维材料中新的非线性光学现象。

课题组诚招有理想和抱负的博士生及博士后，有意向者请联系张贞研究员。

作者简介

张贞研究员研究员，2002年毕业于华中师范大学化学学院；2009年博士毕业于中国科学院化学研究所（导师：王鸿飞研究员）；2009年于荷兰原子分子物理研究所从事博士后研究（合作导师：Prof. Dr.Mischa Bonn）。2012-2014 年在德国马普高分子研究所从事博士后研究（合作导师：Prof. Dr. Mischa Bonn），2015年入选2015年入选中科院化学所引才计划，任研究员、课题组长，博士生导师。已在Nature Chemistry, Nature Communications, Angew. Chem. Int. Ed.J Phys. Chem. Lett.等学术期刊发表论文40余篇。

https://www.nature.com/articles/s41467-022-35548-z

相关进展

化学与材料科学原创文章。欢迎个人转发和分享，刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：chem@chemshow.cn

微信号 : Chem-MSE

诚邀投稿

欢迎专家学者提供化学化工、材料科学与工程产学研方面的稿件至chem@chemshow.cn，并请注明详细联系信息。化学与材料科学®会及时选用推送。