西安交大科研人员发现超分子手性产生新机制

超分子手性的自发产生与放大机理是当前手性研究的一个重点与难点，对这一问题的探索将推动各类手性器件的构筑，深化对生命体起源的理解，拓展超分子体系的研究前沿。在软材料领域，过往针对手性自发产生机制的研究工作主要聚焦于简单螺旋结构中，对复杂三维体系中超分子手性自发产生机理的研究尚属空白，也是手性功能软材料构筑的重要前提。遗憾的是，研究手段方面的匮乏以及三维体系本身的复杂性成为阻碍超分子手性研究的主要难点问题。

针对超分子手性自发产生机制这一科学问题，西安交通大学材料学院、陕西省软物质国际联合研究中心的研究人员，与德国哈勒维滕贝尔格马丁路德大学研究人员合作，利用共振软X射线散射(RSoXS)研究了非手性多爪型分子的自组装行为，从分子层面解析了三维体系中超分子手性的自发形成机制。由于非手性多爪型分子本身的不对称性，其自组装结构随温度变化产生超分子手性，这一体系为理解超分子手性的自发产生提供了一个绝佳的平台。

RSoXS是一种利用线偏振X射线在元素吸收边附近进行散射的实验方法，其物理过程包含散射与吸收两部分，散射为该实验方法提供识别周期性的能力，吸收过程使得电子跃迁至外层非球形轨道中，使得不同方向的轨道与线偏振X射线的作用方式不同，从而赋予了RSoXS分辨电子轨道/价键方向周期性的能力。借助于这种特性以及原位温度敏感性分析，研究人员成功地表征了手性四方结构(Tetbi)，并通过简化的结构模型，结合散射理论，对手性四方结构中的分子排布方式进行了解析。揭示了从非手性立方结构(Cubbi)到手性四方结构(Tetbi)的手性产生过程。随着温度的降低，一条网络中的分子保持螺旋排布，而另一条网络中的分子逐渐随机，从而自发产生了超分子手性。这一发现首次解析了三维体系中超分子手性的自发产生过程，探究了分子螺旋间的相互作用对超分子手性的影响，拓宽了超分子手性体系的表征思路。

近日，该研究成果以《超分子内消旋新模式：左右旋共存的镜面对称性破缺产生四方网络液晶结构》(Supramolecular meso-Trick: Ambidextrous Mirror Symmetry Breaking in a Liquid Crystalline Network with Tetragonal Symmetry)为题发表在国际化学领域旗舰期刊《美国化学学会会刊》(J. Am. Chem. Soc)上。论文第一作者为西安交大材料学院助理教授曹瑜，通讯作者是西安交大金属材料强度国家重点实验室刘峰教授以及德国哈勒维滕贝尔格马丁路德大学Carsten Tschierske教授，陕西省软物质国际联合研究中心与西安交大金属材料强度国家重点实验室为本文第一单位。该研究工作得到了国家自然科学基金面上项目、国际合作项目以及国家留学基金委等共同资助。

论文链接：http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.2c01511