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自组装铕手性四面体笼表现显著的手性转录行为和超强圆偏振发光性质

稀土超分子自组装形成的架构,特别是相对简单的单核结构和双核螺旋结构具有绚丽优美的结构、独特的光谱学和磁学特征,因而受到人们的广泛关注。Bünzli教授和Piguet教授及其他研究者开发出众多具有开创性、新颖的稀土超分子结构。但是,该类结构的拓扑与配位几何学难以控制,如具有潜在包裹客体的孔洞,四核四面体和七核簇高阶、复杂的多核结构很少得到研究。


类似于线性螺旋,本质上四面体笼中的四个顶点每一个存在一个Δ或Λ组态的手性。然而,由于金属配位几何具有不同的约束条件,四面体笼在更复杂的情况下可能获得两种不同的组合构型:(a)ΔΔΔΔ或ΛΛΛΛ构象;(b)ΛΔΔΔ、ΛΛΔΔ、ΛΛΛΔ构象。对任何一种立体异构体通过可预见的方式形成的操作关键是评估其在诸如手性客体识别、分子载体和不对称催化等功能应用方面的性质。


高灵敏度、功能强大的圆偏振荧光光谱(CPL)能检测发光化合物激发态的手性信息,主要用于研究手性发光体系发射态(激发态)结构的特征,评价激发态下发光化合物的手性构象和三维结构信息,与常规的圆二色谱仪在功能上形成互补。


高阶手性结构的发光现象并不多见。近年来,科学家们对单核配合物体系的CPL光谱进行了深入的研究,尤其在传感器化学领域;有关超分子多核体系的CPL光谱很少研究。一直以来,由于人们认为镧系四面体笼的发光性能较弱、难以封装,镧系四面体笼的CPL光谱研究也尚无报道。因此,为了弥补该领域基础研究和应用研究之间的差距,香港理工大学Ga-Lai Law教授及其合作者针对这类难题着手开展了一些工作。


他们利用三组配体和铕离子形成四面体笼。这些四面体笼通过自组装形成,具有非常强的荧光特性,进而产生CPL信号,这些现象在之前的四面体笼化合物中并未观察到。更重要的是,他们发现这些自组装螺旋结构的立体选择性是由配体的手性中心决定的。他们还解释了空间因素和立体选择性形成程度之间的关系,而此前人们很少讨论此类问题。此外,这些配体在形成镧系元素四面体笼时也具有明显的非线性效应,证明配体不同的绝对构型会造成四面体笼结构形成行为的差异。

Self-assembly of tetrahedral cages. a. Ligands (L = L1–L3) used for studying the stereoselective formation behavior of the tetrahedral cages. b. A projecture of the stereoselective formation of the tetrahedral cage Λ,Λ,Λ,Λ-[Eu4(L1RR)6](OTf)12]. Cavity for potential encapsulation of guest molecules is highlighted as a yellow spherical space. c. Energy-minimized schematic representation of the tetrahedral cage in two different orientations.


该成果近期发表在Nature Communications 上,通讯作者为香港理工大学的Ga-Lai Law教授和Wing-Tak Wong教授,第一作者为香港理工大学的Chi-Tung Yeung博士。


该论文作者为:Chi-Tung Yeung, King-Him Yim, Ho-Yin Wong, Robert Pal, Wai-Sum Lo, Siu-Cheong Yan, Melody Yee-Man Wong, Dmitry Yufit, Danil E. Smiles, Laura J. McCormick, Simon J. Teat, David K. Shuh, Wing-Tak Wong & Ga-Lai Law

原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Chiral transcription in self-assembled tetrahedral Eu4L6 chiral cages displaying sizable circularly polarized luminescence

Nat. Commun., 2017, 8, 1128, DOI: 10.1038/s41467-017-01025-1


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