化學所用外消旋分子組裝手性結構識別與檢測手性分子

　　手性分子與手性結構廣泛存在于自然界中，手性分子的合成與拆分，手性分子識別以及手性結構的形成與功能化是分子化學、超分子化學的重要課題之一。在國家自然科學基金委和科技部的大力支持下，中國科學院化學研究所膠體界面與化學熱力學院重點實驗室的科研人員，在超分子手性、手性納米結構的構建以及分子識別方面取得了新進展。

　　一般來說，自組裝體的超分子手性與構筑單元的手性密切相關，通常是分子的手性決定超分子的手性。但非手性單元，如非手性分子和外消旋體在自組裝過程中也能產生手性結構，得到等量的具有相反手性的手性聚集體，這樣整個體系仍然不具有手性活性。這時可以通過在體系中加入少量手性分子實現超分子手性的控制。相關實驗人員對這些體系中的手性進行了深入的研究，通過微量手性分子摻雜實現了納米結構手性的控制(Langmuir 2012, 28, 15410)，并通過手性對映體過剩實現了手性納米結構的調控(Chem. Eur. J. 2010, 16, 8034)。

　　進一步的研究發現，外消旋體有可能組裝成與光學對映體的組裝完全不一樣的結構，從而產生新的功能。他們在對丙氨酸衍生物的手性自組裝的研究過程中發現，外消旋體組裝得到的是螺旋納米帶，而單一對映體得到的卻是平滑的納米纖維結構，本該沒有宏觀手性的消旋體卻產生了比單一對映體組裝的手性結構更強的手性信號。這種異常現象來自于光學對映體與外消旋體的組裝方式的分子排列方式不同而形成的不同的納米結構(圖1)。

　　更有意思的是，這一外消旋體組裝形成的手性結構對于過量的手性分子非常敏感，僅僅0.2%的過量就可以引導組裝體的手性方向。這種丙氨酸外消旋體的組裝體不僅僅針對于過剩的對映體，而且對一系列氨基酸衍生物也具有非常靈敏的響應性，可以用來識別與檢測微量的手性分子。這樣，這種外消旋的組裝體可以作為一種廣譜的手型傳感器，用檢測手性分子甚至體系的對映體過剩值 (圖2)。

　　相關結果發表在Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 4122上，并被選為VIP文章。

圖1 丙氨酸衍生物的單一對映體(左)與外消旋體(右)組裝模式與形成的納米結構示意圖。

圖2 不同對映體過剩(ee)條件下外消旋體組裝的A) CD信號強度變化和B)形貌變化。外消旋組裝體對C)不同氨基酸衍生物和D)不同ee值的色氨酸衍生物的響應。