张贞课题组发展界面超分子手性传递分子机理研究新方法

boing

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。
　　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。

图. 原位探索界面处的长程手性传递机制

　　近年来，在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，化学所分子反应动力学实验室张贞课题组在界面超分子自组装单层膜的结构手性、手性调控( J. Phys. Chem. B. 2020, 124, 8179-8187)、界面生物膜磷脂分子由手性碳原子传递至宏观结构手性的分子机理（J. Chem. Phys. 2022, 156, 094704）以及界面手性分子诱导非手性分子组装动力学及其手性组装分子机理(J. Phys. Chem. Lett. 2022, 13, 3523-3528)方面取得系列研究成果。在这些研究基础上，最近，科研人员使用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进一步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(Nature Communications. 2022, DOI: 10.1038/s41467-022-35548-z )。
　　本工作中，研究人员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。研究结果表明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。该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。
　　相关研究成果于2022年12月14日在线发表于《自然-通讯》(Nature Communications)期刊上。该工作的通讯作者为张贞研究员，第一作者为博士后张悦凝。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-35548-z
       文章来源：化学所
      张贞，中国科学院化学所研究员。2002年华中师范大学获得理学学士学位，2009年中国科学院化学研究所博士毕业，2009年11月至2012年1月荷兰原子分子物理研究所从事博士后工作，2012年2月德国马普高分子研究所从事博士后工作。2015年入选化学所“引进杰出青年人才计划”。研究兴趣为二维和频振动光谱、高分辨和频振动光谱及非线性光学显微镜研究生物大分子界面的分子微观结构动态变化、超快能量转移及分子间相互作用。在分子层次上研究界面分子结构、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。近年来围绕飞秒二维和频振动光谱和分子超快结构动力学等方面开展了工作。迄今已在在Nat. Chem、Nat. Comm、Angew. Chem. Int. Ed.、ACS. Sensors、 Biophys. J、 J Phys. Chem等期刊发表学术论文四十余篇。先后承担了国家自然科学基金青年基金、面上项目、国家自然科学基金重大研究计划培育项目、北京市自然科学基金面上项目、中国科学院科研仪器设备研制项目、中国科学院化学研究所仪器研制培育项目。