近日，鄭州大學化學學院院與中國科學院化學研究所合作研究，發(fā)現了面手性主導的手性大環(huán)異構體的螺旋自組裝行為，并深入揭示了面手性主導的機制。相關研究成果以“Self-Assembly of Macrocyclic Triangles into Helicity-Opposite Nanotwists by Competitive Planar over Point Chirality”為題發(fā)表在國際權威期刊《Angewandte Chemie International Edition》上，并被評為VIP（Very Important Paper）論文。論文的第一作者是鄭州大學與中國科學院化學研究所的聯合培養(yǎng)博士研究生商偉利，李鐵生教授、江昱倩副研究員、朱雪鋒博士和劉鳴華研究員為共同通訊作者。

手性是生命體的基本屬性之一，分子、超分子和納米級手性在各種生物功能和活動中都發(fā)揮著不可或缺的作用，如DNA的自我復制、蛋白質的轉錄和表達、酶的催化過程、手性物質的跨膜傳遞等。除了構型手性，構象手性也在生物功能中也起著至關重要的作用。例如，右手型的B-DNA和左手型的Z-DNA之間的構象轉變可以有效消除雙螺旋解螺旋過程中產生的超螺旋應力，從而有助于DNA自我復制的順利完成。理解構筑基元的手性信息如何通過螺旋自組裝在不同尺度上逐級傳遞，不僅有助于深入了解手性相關功能的生物學機制，還有助于手性功能材料的可控構筑，具有重要意義。然而，在自組裝螺旋納米構筑體中，分子構象、超分子手性和納米手性之間的構性關系，以及構型和構象手性之間的信息交互關系的認識仍然存在巨大的空白。

通過設計構筑同時具有構型手性和構象手性的三角形大環(huán)，以及溶劑極性介導的可控手性自組裝，研究者們在極性和非極性體系中分別得到兩種穩(wěn)定手性異構體和螺旋方向完全相反的納米螺旋纖維。高分辨透射電鏡直接觀測到了三角形分子的螺旋堆積，X-射線衍射分析發(fā)現兩種手性異構體分別形成了六方柱狀堆積和體心立方堆積，說明完全不同的超分子堆積模式導致它們分別形成了手性相反的螺旋纖維。通過ECD、CPL、SEM和理論計算的綜合分析，充分驗證了三角形組裝體的手性是由新產生的面手性所主導。這一研究工作首次揭示了手性大環(huán)構象異構體的可控螺旋自組裝行為，系統研究了手性大環(huán)框架中構型手性和構象手性的信息交互行為，為復雜大環(huán)組裝體的跨尺度手性結構和性質演化提供了深刻認識和理論支撐。

該研究工作得到了國家自然科學基金和中國科學院先導計劃等項目的支持。

文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202210604