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手性在自然界中無(wú)處不在。界面所具有的非中心對(duì)稱性為分子在界面的聚集和組裝過(guò)程產(chǎn)生對(duì)稱性破缺創(chuàng)造了先天條件，因此相比于體相，研究界面手性傳遞、自組裝手性動(dòng)力學(xué)對(duì)于理解手性起源、探尋生命起源、制備手性材料具有重要意義。
界面手性超分子自組裝是近年來(lái)備受矚目的研究領(lǐng)域之一。它不僅與手性生命系統(tǒng)密切相關(guān)，也是構(gòu)建大型功能性手性材料的重要方法。超分子手性不僅與分子的手性相關(guān)，也取決于分子的空間排列。研究超分子手性形成機(jī)制中一個(gè)重要而困難的科學(xué)問(wèn)題是原位研究界面分子手性如何被傳遞到超分子水平。迄今這一問(wèn)題尚未有明確的答案。非線性光學(xué)方法相比較于其他研究手段具有原位、界面和手性研究的敏感性，為闡釋手性物質(zhì)結(jié)構(gòu)與其特性之間的關(guān)系提供了重要技術(shù)和方法。
近年來(lái)，在國(guó)家自然科學(xué)基金委、北京市自然科學(xué)基金委和中國(guó)科學(xué)院相關(guān)研究項(xiàng)目的支持下，中科院化學(xué)所分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室張貞課題組在界面超分子自組裝單層膜的結(jié)構(gòu)手性、手性調(diào)控( J. Phys. Chem. B. 2020, 124, 8179-8187)、界面生物膜磷脂分子由手性碳原子傳遞至宏觀結(jié)構(gòu)手性的分子機(jī)理（J. Chem. Phys. 2022, 156, 094704）以及界面手性分子誘導(dǎo)非手性分子組裝動(dòng)力學(xué)及其手性組裝分子機(jī)理(J. Phys. Chem. Lett. 2022, 13, 3523-3528)方面取得系列研究成果。在這些研究基礎(chǔ)上，最近，科研人員使用自行研制的非線性光譜及成像儀器并結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)模擬從分子水平進(jìn)一步探索了界面超分子手性構(gòu)筑過(guò)程中手性從分子手性中心到超分子尺度的手性傳遞機(jī)制，建立了非線性光譜定量研究界面超分子長(zhǎng)程手性傳遞的方法(Nature Communications. 2022, DOI: 10.1038/s41467-022-35548-z )。
本工作中，研究人員通過(guò)手性和頻振動(dòng)光譜(chiral SFG)結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)(MD)模擬研究了兩親分子L-/D-GAn (N, N’-bis (octadecyl)-L-/D-(anthracene-9-carboxamide)-glutamic diamide)單分子膜界面，原位探究在構(gòu)筑超分子單層的過(guò)程中，手性信息是如何在分子各基團(tuán)間傳遞，并計(jì)算出分子各基團(tuán)的取向信息以及組裝形成的氫鍵數(shù)目。研究發(fā)現(xiàn)位于谷氨酸單元的手性中心通過(guò)分子間氫鍵誘導(dǎo)與之相連的酰胺基團(tuán)發(fā)生輕微扭曲，將手性傳遞到酰胺基團(tuán)、蒽環(huán)和疏水烷基鏈上。研究結(jié)果表明手性中心的手性信息可以通過(guò)分子間弱的非共價(jià)相互作用傳遞到400-500 nm距離內(nèi)的數(shù)百個(gè)分子中。該研究對(duì)于理解分子本征手性和超分子手性之間的關(guān)系具有重要意義。
相關(guān)研究成果于2022年12月14日在線發(fā)表于《自然-通訊》(Nature Communications)期刊上。該工作的通訊作者為張貞研究員，第一作者為博士后張悅凝。論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-35548-z
圖. 原位探索界面處的長(zhǎng)程手性傳遞機(jī)制
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