山大邢鹏遥教授课题组在自组装手性纳米结构和光学活性功能拓展上取得进展

来源：化学加

导读

近日，山东大学化学与化工学院邢鹏遥教授课题组在自组装手性纳米结构和光学活性功能拓展上取得进展，相关成果分别发表在ACS Nano [ACS Nano. 2020, 14, 2522] 和Angew. Chem. Int. Ed. [2020, DOI: 10.1002/anie.202003351.]上。论文的第一作者分别是2019级硕士生赵建剑和2018级硕士生王卓尔，邢鹏遥教授为独立通讯作者，山东大学化学与化工学院为唯一通讯单位。

偏振光对于增强信息存储和显示等复杂视觉效果来说是至关重要的。圆偏振光的吸收和发射会产生圆二色性（CD）和圆偏振发光（CPL）。具有这种手性活性的材料正在3D显示、手性开关、生物传感、无创生物医学诊断和不对称催化等方面发挥着越来越重要的作用。与直接手性植入轴向手性生色团或等离子体纳米颗粒相比，自组装是手性材料合成的有效途径。近年来，具有特定吸收性或发光性的无机纳米材料，例如金纳米棒，量子点，钙钛矿纳米晶体，经过表面改性后，能够在手性自组装模板上形成不对称取向。目前，大家广泛采用的是通过具有π-π堆积，电荷转移，静电和氢键相互作用等结合位点的有机发光体与手性组分单元共同组装，以易于控制诱导的手性，CD和CPL。关于手性光学材料合成的当前挑战集中在以下方面：1）精确控制左旋或右旋，CD波长范围或CPL发光颜色；2）高不对称性g因子，包括gabs和glum；3）高合成产率和高保真度为了解决这些问题，作者在这里报告了利用水溶性天然羟基酸和苯并咪唑衍生物之间的氢键相互作用，通过活化的手性反应对共组装材料进行高通量合成的方法。选择具有C3和C2对称性的三位和二位苯并咪唑（TBIB和BBIB）作为羧基粘合剂，引入已在宏观手性诱导中使用的D/L-酒石酸（TA）和D/L-扁桃酸（MA）以产生八种（2×4）潜在的共组装组合（图.1）。

图1. TBIB， BBIB，TA和MA的分子结构，以及具有可调手性的手性自组装体

相对于多肽序列来说，无论是从分子层次到纳米层次，独立的氨基酸长期被认为是构筑功能螺旋结构不利的构筑基元。由于氨基酸组装缺乏足够的氢键位点，氨基酸组装在手性光学方面应用受到了限制。通过在N端修饰稠环芳基，作者发现封端氨基酸可以组装成在分子层次上的类α-helix的螺旋结构，其可以进一步在小分子的诱导下形成模块化的，三组分螺旋手性结构。复合结构的超分子手性征以及手性光学特征可以得到精准的调控。

 图2.多组分复杂手性共组装的构筑

上述工作得到国家自然科学青年基金、江苏省青年基金、山东大学齐鲁学者启动基金，以及山东大学学科交叉创新团体基金的支持。仪器测试得到山东大学结构成分与物性测量平台的支持。