近日，南京大學化學化工學院鄭麗敏教授課題組與物理學院馬余強教授課題組合作在基于手性金屬有機膦酸的宏觀螺旋材料研究中取得新進展，其成果“Chiral Expression from Molecular to Macroscopic Level via pH Modulation in Terbium Coordination Polymers”于12月14日發表在《自然·通訊》期刊上（DOI: 10.1038/s41467-017-02260-2）。
圖1. 螺旋材料R-1 (a,b)和S-1 (c,d)的SEM圖
手性在自然界廣泛存在。雖然在生物體系中普遍存在手性螺旋結構，但是如何在配位聚合物體系中實現手性從分子層次到宏觀聚集體的表達，特別是如何得到兼具晶態和螺旋形貌的手性配位聚合物，是一個極具挑戰的課題。相關研究不僅有助于進一步認識手性的起源，而且對手性物質在手性識別和分離、不對稱催化、手性功能材料等方面的應用具有十分重要的意義。
該團隊利用手性1-苯乙基胺基甲基膦酸(pempH2)作為配體，在不同pH條件下分別與硝酸鋱組裝得到塊狀(R-2, S-2)和棒狀(R-3, S-3)形貌的單一手性稀土金屬有機膦酸化合物晶態材料，它們具有不同的鏈狀結構。當pH處于兩者之間（約3.1）時，得到與化合物3具有相同組成和結構的宏觀螺旋材料[Tb(R-,S-pempH)3]?2H2O（R-1, S-1）。為了從理論上對不同自組裝行為進行解釋和預測，該團隊利用全原子模擬和布朗動力學模擬分別從微觀和介觀層次分析了pH和NO3-對組裝結構的影響。最后，結合實驗和理論模擬給出了螺旋形成的內在機理：宏觀螺旋結構的形成通過多級自組裝的方式，組裝過程涉及到溶液中共存的不同類型的鏈結構，由于這些鏈結構在幾何上不匹配，導致鏈的堆積生長發生扭曲，進而形成宏觀螺旋結構。作者表示，這種通過pH調控使配位聚合物的分子手性得以傳遞和放大，并最終得到手性宏觀螺旋體的方法尚未見國內外報道。
圖2. 螺旋形成的機理
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