东京理工大学 大直径的螺旋分子象征着一条螺旋上升的龙
https://doi
org/10
1002/chem
202005357学分:化学-欧洲期刊 东京理工大学(东京理工大学)的科学家生产并广泛表征了具有长螺旋结构的新型有机分子
与以前的螺旋分子不同，这些较长的化合物在线圈之间表现出特殊的相互作用，这可能会在光偏振、催化和分子弹簧方面产生有趣的光学和化学性质
通常，具有独特三维结构的有机分子具有其他类型化合物所不具备的物理化学性质
螺旋烯，即采用螺旋结构的简单苯环链，就是一个很好的例子
这些类似弹簧的分子在光学和化学传感器或催化剂方面有着有趣的应用
然而，合成长螺旋烯仍然很困难；有史以来最长的一个是十六个苯环，相当于一个螺旋结构，有超过两圈半
在最近发表在《化学——欧洲杂志》上的一项研究中，东京理工大学的一组科学家通过合成一种具有螺旋结构的不同类型的有机分子将事情搞混了
与螺旋烯不同，它们化合物的基本单位是蒽，蒽是由三个芳香环组成的线性链
在以前的工作中，该团队成功合成了[3]透明质酸，代表“具有三个蒽单元的螺旋蒽”
然而，正如该研究的相应作者丰田信治教授所解释的那样，“[3]高可用性不足以达到完全的转变
因此，它没有表现出一些由螺旋结构的不同“层”以面对面的方式相互作用而产生的特殊特征
" 通过有策略地融合蒽单元，可以获得螺旋形状的分子
那些长于三个单位的单位在螺旋“层”之间以面对面的方式表现出特殊的相互作用
学分:化学-欧洲杂志 通过一个精心计划的一步一步的过程，科学家们成功地合成了[4]透明质酸和[5]透明质酸，并通过各种由理论计算支持的实验对其进行了表征
他们用质子核磁共振和x光分析验证了化合物的组成和结构
这些发现通过密度泛函理论计算得到了证实，密度泛函理论计算是一种广泛使用的方法，用于制作电子和核结构的量子力学模型
然后，研究人员通过在虚拟化学反应中使用不同螺旋蒽来量化它们的稳定性，虚拟化学反应将它们变成平面分子
有趣的是，3[HA]的稳定性几乎与[4]HA和[5]HA相同
这表明自然出现在较长分子链中的去稳定力([4]透明质酸和[5]透明质酸)实际上被不同螺旋层之间新的面对面稳定相互作用抵消了
通过非共价相互作用(NCI)分析来观察层状蒽部分之间的这些相互作用
这些新的相互作用的效果在较长分子的光电发射特性中也很明显；它们在激发时的发射带更长，突出了激发态保留时间更长的事实
NCI图上的绿色区域表示弱相互作用
学分:化学-欧洲杂志 最后，科学家们探索了新的、更长的化合物的螺旋转化过程
这种反转指的是左手螺旋变成右手螺旋的过程，反之亦然
如果左手螺旋和右手螺旋以相等的比例出现，一些吸引人的光学特性，如圆偏振将会丧失
这促使团队分析每个螺旋结构改变方向的逐步过程
总的来说，这项研究为新型螺旋分子提供了一些急需的见解
展望未来，丰田对涉及这些令人兴奋的化合物的未来工作发表了评论:“进一步延伸螺旋蒽并以单一卷绕方向生产它们仍然是一项挑战，测试它们作为分子弹簧的性能也是一项挑战
我们的团队目前正致力于合成更长的分子并进行结构修饰
“只有时间会告诉我们，当更长的螺旋结构最终出现时，螺旋结构会发生什么变化！
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