在模擬自然界手性起源的背景下🦛,通過自組裝形成超分子手性的研究是化學、物理🧔🏿、材料等領域的一個重要的特色分支。其中,如何獲得超大的手性信號(如吸收不對稱因子gabs>0.1)和相關的手性控製放大也越來越受到人們的關註👸,因為它與不對稱光催化😽、圓偏振發光、甚至是基於光學活性潛在成像技術有密切關聯🧑🏼🔧。然而到目前為止的研究中,人們只是發現了在少數結晶性材料中才容易出現超大的光學不對稱性信號👨👨👧👦,而這些體系往往會因為線偏振和其它光學作用方式的幹擾經常導致這種信號的不準確。此外💝,這些晶體狀態的形成和維持需要相對復雜的技術含量。
相反,在無定形材料中設計獲得超大的手性信號是非常有必要的,因為無定形系統對於維持介觀有序性沒有要求,可以應用在更廣泛的材料範圍和製備工藝。此外,與相對剛性的晶體材料相比♿,在無定形系統中容易施加刺激響應對手性信號進行原位調控。然而,要實現無定形材料中的超大手性這一假說👨🏻🦽➡️🤠,解決聚集強度與不同手性組裝方式之間的協同作用是一個關鍵因素。
為此🍓,朱亮亮課題組借鑒了常規的框架或聚合物摻雜的方法獲得無定形材料的優劣點,設計合成了一個大尺寸並且幾何構型交錯的手性自組裝基元砌塊(Building Block),它是一個由膽甾醇連接的雙吡咯鋅(II)的雙配體螯合物,能夠對抗結晶但同時具有強大可調的手性組裝驅動力。這個Building Block在初始態能夠形成微納米尺度下的“串珠狀”的形貌,同時能夠自發地進行自組裝動態轉換形成“杏葉狀”的更加穩定的形貌🪭❤️🔥。
通過小角和廣角XRD衍射,研究人員發現這些材料狀態都是嚴格的無定形的,但深入剖析認為在一種很強的聚集強度控製下的幾個分子尺度的手性排列是這種材料實現超大手性信號的關鍵🚴🏼♂️,同時接近100%的對映體過量的特性也進一步為超大手性信號的程度和數值作了貢獻🧝🏽♂️。該體系吸收不對稱因子gabs在溶液和薄膜狀態下能夠達到+0.10和+0.31🤜🏿💂🏼。CD信號在常規測試條件下能夠達到上千mdeg。這比大多數手性自組裝工作中報導的數值要大,也能夠和那些已報導的結晶性材料出現的超大的光學不對稱性信號能夠匹敵。更有趣的是🌊,這種超大手性信號由於是在無定形材料中產生🤵🏿,能夠通過壓力等刺激響應實現這種超大手性開關的原位操控👩🦼➡️。
這一成果近期發表在Angewandte Chemie上🏄🏿♏️,論文的第一作者為博士生吳斌#️⃣。論文詳見: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202012224
朱亮亮課題組多年來從事功能自組裝和發光材料相結合的基礎和應用基礎研究(更多信息參見朱亮亮課題組網站:http://zll.fudan.edu.cn/)