近日，我院孔祥建教授团队在多尺度手性结构的构筑及磁光活性研究取得重要进展，相关成果以“From Helices to Crystals: Multiscale Representation of Chirality in Double-Helix Structures”为题发表在《美国化学学会志》（DOI：0.1021/jacs.3c08257）。
手性不仅存在于微观分子尺度，也存在于介观和宏观尺度。手性分子是微观手性的典型代表，而宏观尺度的手性通常存在于物质的几何构型中，自1848年巴斯德报道了酒石酸晶体的手性几何以来，宏观手性晶体在生物、光学活性等领域备受关注。然而，合成上的挑战限制了对宏观尺度手性结构形成机理的探索。
孔祥建教授团队近年来在稀土团簇的形成机理和模块组装方面开展了系统研究（J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 16983；J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 8837；J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 5653；Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202200537；Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202116296）。本工作基于前期研究基础，利用氨基酸衍生物构筑了手性分子模块基元[LnNiL2]+，该模块基元在配位键和氢键的驱动下组装成类似DNA的手性双螺旋结构。该组装体不仅有介观尺度的螺旋手性，其晶体也展现出手性几何形状，即宏观手性晶体。这表明手性在不同尺度上的连续传递，从微观手性碳原子、手性模块基元到介观螺旋二级结构，最终到宏观晶体的几何手性。X-射线单晶衍射分析和晶面关系研究揭示了手性晶体形成的两个关键因素：固有的晶面对称分布及其差异性的晶面生长速率。当手性分子中不同晶面族存在显著的生长差异时，就会导致结晶体的手性几何结构。此外，磁光响应研究表明，该双螺旋结构中稀土离子的超灵敏f-f跃迁显示出极强的磁光活性，以至于外加磁场可以翻转超灵敏跃迁处的CD信号方向。该研究不但揭示了超灵敏跃迁的强磁光活性，也为磁光材料的设计带提供了新思路。
该研究工作在我院孔祥建教授、龙腊生教授和郑兰荪院士的指导下完成。孔祥建教授为该文章的通讯作者，2022级博士生李重阳为该文章的第一作者，博士生徐寒、程佩明和杜明浩在结构表征方面提供了帮助。该研究工作得到国家自然科学基金项目（92161104, 92161203, 21721001）的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.3c08257
