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  二维表面分子手性识别与相变微观机制  
 

 分子手性研究长久以来都是备受关注的重要课题。近年来,更是由于其在异质催化、非线性光学和液晶平板显示等方面的潜在应用而成为研究热点。在三维分子晶体中,手性分子形成的结构可以分为以下三类:i)外消旋化合物:左旋体与右旋体在晶胞中等量配对,形成化合物晶体;ii)单一手性晶体共聚体:左旋体与右旋体分别成核并形成晶体,但宏观保持等量;iii)固体溶液:左旋体与右旋体等量随机分布,没有长程有序度;这种结构很少出现。现实中,只有少数手性分子可以形成手性分离的共聚体结构,大部分分子并没有形成这种结构,至今对于这个问题的解释学术界仍然存在很大的分歧。
     二维表面分子体系作为一个很好的模型体系,可以在微观尺度上研究分子的各种手性结构和及演化现象。手性相变是二维手性分子体系研究中一个重要的研究现象。通常情况下,随着覆盖度的变化可以观察到从同质手性分布的共聚体到异质手性的外消旋化合物的相变过程。但早期的实验报道只集中于讨论相变前后各自手性相的结构特征,而对其相变的转化过程和微观机制并没有给出实验证据和合理的解释。
     近年来,我们对喹吖啶酮分子(QA)及其衍生物在多种金属单晶表面的手性识别和结构调控等方面的研究(Langmuir 2010,26,3402) 取得了重要进展。最近,我们与瑞士EMPA的K.-H. Ernst教授合作,在单晶Au(111)表面研究了QA16C分子的手性识别和相变过程。
     我们利用扫描扫描隧道显微镜(STM)观察到了由同质手性排列的分子线阵列,经过一段局域对映体过量的过渡态之后,最终形成异质手性排列的密堆积结构的相变过程。阐述了分子侧向取代烷烃长链基团在结构相变和手性识别中所起到的关键作用。进一步,通过控制沉积量得到了同质手性相与异质手性相的共存态,提出了手性取代的微观机制:外来的QA分子通过手性识别使得只有相反手性的分子才能吸附于同质手性畴中,并取代原有同质手性线中的QA分子,逐渐生长为外消旋的密堆积结构。该项研究对于理解二维分子体系中手性识别与相变的微观机制具有重要的研究意义。

       相关研究结果已发表在J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 10440–10444。

       该项工作得到了国家自然科学基金,“863”,“973”项目和中国科学院的支持。

相关链接:         B. Yang, Y. L. Wang, H. Y. Cun, S. X. Du, M. C. Xu, Y. Wang, Karl-Heinz Ernst and H. -J. Gao
                                    "Direct Observation of Enantiospecific Substitution in a Two-Dimensional Chiral Phase Transition"
                                    J. Am. Chem. Soc. 132, 10440–10444(2010)

 
     

 

 
     

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