北京师范大学杨清正课题组与上海交通大学张绍东课题组和首都师范大学廖清课题组合作,以非手性β-二羰基氟硼分子为模型,通过分子间弱相互作用调控实现了手性自分类,并提出了D-A型非手性分子自发对称性破缺的理性设计。该具有手性结构的晶体展现出了高效的发光性能,实现了不对称因子高达0.9的圆偏振激光发射。
作者设计了三种具有不同氢键作用位点和灵活构象的β-二羰基氟硼分子,其在溶液中的CD、CPL光谱以及手性HPLC分析表明三种分子在溶液中均为非手性分子。单晶衍射结果表明只有SNNS分子在结晶过程中发生对称性破缺,形成了同手性的晶体。同一批次22颗SNNS晶体的单晶测试证实了M-晶体和P-晶体分布比例为1:1,说明SNNS分子在结晶过程中发生了非手性到手性的自发拆分。进一步的研究发现,该手性自发拆分现象不会随溶剂体系的改变而消失。通过对比三种β-二羰基氟硼分子的堆积结构可以发现分子组装的对称性被包括氢键在内的多重非共价相互作用打破。氢键的方向性为堆积提供取向,并克服D-A分子原有的偶极-偶极相互作用,促进非手性D-A分子的平行堆积,实现自发的对称性破缺。同时SNNS分子在晶体中存在界限明确的多级组装,分子手性在多级组装过程中传递至更高级螺旋结构形成了超分子手性。
Zheng-Fei Liu, Dr. Jiahuan Ren, Dr. Pan Li, Prof. Li-Ya Niu, Prof. Qing Liao, Prof. Shaodong Zhang, Prof. Qing-Zheng Yang
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202214211