具有动态可逆手性自分类的双大环共晶用于对烷基酮的链长选择性气致变色

手性是生物系统的固有特征，存在于自然界的不同层次。手性自分类是指外消旋组分通过手性识别自发地生成同手性或异手性分子的过程，在复杂的生物系统中广泛存在，并在控制生物系统的生物功能方面发挥着至关重要的作用，例如DNA 的手性双螺旋结构就是氢键自我识别的结果。通过模拟这种生物现象，科学家们已经发现手性自分类可以精确调控人工合成超分子系统的光学性质，然而，如何实现动态可逆的手性自分类，从而对手性超分子组装体的功能特性进行动态调控仍是具有挑战性的研究目标。近日，中国科学院化学研究所陈传峰研究员（点击查看介绍）团队报道了一种通过双大环主体和有机蒸汽客体共同诱导的动态可逆手性自分类体系，实现了对双大环电荷转移共晶的光学性质的动态可逆调控，并将这种策略成功地应用于对烷基酮的链长选择性气致变色中。

图1. (a) 碟[4]芳烃和手性三角大环的结构及静电势能图；(b) 双大环电荷转移共晶蒸汽诱导下的动态可逆手性自分类

作者通过动态消旋固有手性碟[4]芳烃（S4）和手性三角大环（TPMDI）在不同溶液中的自组装分别得到了两种不同的手性电荷转移共晶。单晶结构分析表明两共晶中碟[4]芳烃分别以同手性或异手性自分类结构与手性三角大环相互作用，从而造成了它们固态超结构和电荷转移相互作用的显著差异，进而影响了它们的光学性质。随后，作者发现在不同有机蒸汽的诱导下，两种手性共晶可以相互转换，并伴随共晶颜色的明显变化，这种动态转换的过程是由于手性大环和有机蒸汽客体协同诱导下碟[4]芳烃动态可逆的手性自分类所引起的。

图2. (a) 两种双大环共晶的中碟[4]芳烃的不同手性自分类结构；(b) 双大环共晶在有机蒸汽诱导下的动态手性自分类过程。

鉴于这种动态可逆的手性自分类过程对组装体的手性结构及其（手性）光学性质的精准调控，作者进一步将这一策略应用于对烷基酮的链长选择性气致变色中，实现了不同链长烷基酮的有效区分。实验和理论计算结果表明，这种独特的选择性气致变色行为是由于共晶中的碟[4]芳烃在不同烷基酮蒸汽诱导下形成的同手性或异手性自分类组装体。这项研究是首例基于动态可控手性自分类过程构建的气致变色体系，为开发高效气致变色传感器提供了新的思路。此外，该工作还为探索手性结构多样性的调控提供了宝贵的见解，并为在复杂的超分子体系中拓展具有所需手性的先进材料提供了新的视角。

图3. (a) 烷基酮的链长选择性气致变色；(b) 链长选择性气致变色的机制；(c) 碟[4]芳烃同手性及异手性组装体的理论计算结合能。

这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，文章第一作者是中国科学院化学研究所博士研究生顾孟杰。

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Macrocycle-Based Charge Transfer Cocrystals with Dynamically Reversible Chiral Self-Sorting Display Chain Length-Selective Vapochromism to Alkyl Ketones

Meng-Jie Gu, Wei-Chen Guo, Xiao-Ni Han, Ying Han and Chuan-Feng Chen

Angew. Chem. Int. Ed., 2024, DOI: 10.1002/anie.202407095

导师介绍

陈传峰

https://www.x-mol.com/university/faculty/15534