【超分子手性层次 1.】
(1.手性研究的三个层次)
手性研究通常分为 3 个层次 ,即①分子手性、②超分子手性和③宏观手性。①分子手性是由于分子中基团的不对称排列而形成的特定空间构象所表现出来的手性层次 ,即一个分子的镜像结构不能与该分子本身重合,通常在分子中不具有对称面、对称中心和 I4n 等对称元素。关于分子手性的手性物和手性现象已有较多的讨论。②超分子手性则是由于手性分子或非手性分子之间通过分子间非共价相互作用而形成的手性空间结构所表现出来的比分子手性更高层次的手性现象。二者之间的主要差别是分子手性体现的是手性分子本身的构象特征,而超分子手性所体现的是有序超分子组装体的性质。研究表明,不但手性分子,甚至是非手性分子均可参与形成手性超分子组装体。③而宏观手性则是在宏观世界中,手性现象也广泛存在,如海洋生物的贝壳通常是右手螺旋、天文天体中的公转和自转的同向性等。
人们所熟知的化学主要是研究以离子键、共价键和金属配位键相结合的分子的合成、结构、性质和变换规律。而以J. M. Lehn为代表的学者所倡导的超分子化学已成为今后化学发展的另一个全新的领域。那就是由两种或两种以上分子依靠分子间相互作用结合在一起的超分子,超分子可以自发组成复杂的、有组织的聚集体,并保持一定的完整性使其具有明确的微观结构和宏观特性。人们可以根据超分子自组装原则,以分子间的相互作用力作为工具,把具有特定的结构和功能的组分或建筑模块按照一定的方式组装成新的超分子化合物。这些新的化合物不仅仅能表现出单个分子所不具备的特有性质,还能大大增加化合物的种类和数目。如果人们能够很好的控制超分子自组装过程,就可以按照预期目标更简单、更可靠的得到具有特定结构和功能的化合物。
关于超分子手性的研究一方面丰富了超分子科学的内容和理论,对于理解手性起源甚至是生命起源有可能提供重要的启示,即在手性的形成过程中,可能有一个从非手性到手性的选择过程;另一方面,将集中体现在如何进行手性超分子组装体的功能化研究上,研究期望利用分子组装形成具有特定功能的手性超分子组装体 ,以制备出具有潜在应用价值的超分子器件与材料。目前,关于超分子手性研究主要集中在手性光学开关 、手性传递与放大 、 手性催化以及手性记忆 等一些手性功能 的研究引起了人们的日益关注。超分子手性的研究不仅被用以模拟生物体系中的复杂现象以加深对生 命科学 的 理 解 , 而且还被广泛应用于各种新型材料 的研发。从前所研究的功能性的手性超分子体系一般都有手性分子参与 ;最近非手性分子的手性超分子组装及其功能化的研究也取得了一些重要进展。后面我们将分期讨论超分子手性所关注的重要研究及其进展。
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