基于非线性光谱与成像技术研究界面超分子手性传递与调控的微观机制

Supramolecular chirality is one of topics in chemistry, materials and biological science. Studying the supramolecular chirality can provide possible clue to understanding and simulating the origin of homochirality in life and then the origin of life. Also, the supramolecular chirality by a self-assembly can provide an important method to fabricate the chiral material. Regulating supramolecular surface chirality has been a frontier in chiral studies. Monitoring the regulation and chirality transfer of interfacial supramolecular in situ is a challenging question. Second-order nonlinear optical spectroscopy can offer an opportunity to probe the surface supramolecular chirality at the Langmuir films. In this project we will use Second Harmonic Generation (SHG), Second Harmonic Generation Imaging(SHG-IM), High Resolution Sum Frequency Generation (HR-SFG) and Two Dimensional Sum Frequency Generation (2D-SFG) to investigate the effect of external physical fields (light, temperature, magnetic field and electrode potential) on the chiral spectroscopy, chirality structure, chirality transfer and chirality regulation mechanism of the porphyrin system, azobenzene system , diacetylene amphipathic and optical active phthalocyanines molecule system. Furthermore, we also study the effect of the chemical factors (pH, ions and concentration) on these behaviors of systems studied. From these investigations, we will yield a deep understanding the dynamics regulation and transformation of the mechanism of the supramolecular chirality and then provide a theoretical supporting for synthesis of chiral materials.

超分子手性是化学、材料、生命科学领域研究的重要课题之一。研究超分子化学不仅对于理解与模拟自然界中手性的起源乃至于生命的起源提供了可行的思路，超分子手性组装方法也是近年来制备手性材料的重要方法。原位在线的研究界面超分子手性的传递与调控机理是一个极具挑战性的问题。二阶非线性光学方法为此提供了机会。本项目用二次谐波（SHG）和成像、高分辨和频振动光谱（HR-SFG）、二维和频振动光谱(2D-SFG)研究各种物理外场（光、温度、磁场、电极电势）和化学环境（pH、离子、浓度）对卟啉体系、偶氮苯体系、联乙炔两亲分子体系、光学活性的酞菁类化合物界面超分子手性的光谱、结构、手性传递及调控的分子机理的影响，探讨这些物理外场和化学环境对界面超分子传递和调控的本质。本研究将深化对界面手性调控机理的深层次的认识，并为手性材料的制备提供一定的理论支持。

超分子手性是化学、材料、生命科学领域研究的重要课题之一。研究超分子化学不仅对于理解与模拟自然界中手性的起源乃至于生命的起源提供了可行的思路，超分子手性组装方法也是近年来制备手性材料的重要方法。原位在线的研究界面超分子手性的传递与调控机理是一个极具挑战性的问题。二阶非线性光学方法为此提供了机会。本项目结合手性二次谐波（SHG）和高分辨和频光谱频光谱（HR-SFG）等方法研究了一系列界面超分子手性传递与调控的微观机制。利用我们自行搭建的手性二次谐波光谱研究了一对两亲性希夫碱对映体衍生物发现L/D GJ和Cu2+的结合方式和Mg2+和Zn2+不同，复合物Mg2+/Zn2+-L/DGJ是通过线性堆积形成手性结构，而Cu2+-L/DGJ通过侧向分子堆积形成手性结构；结合手性SHG和SFG研究了具有相同手性中心的LGJ和β–LGJ分子在界面上通过平行和反平行的β折叠形成了手性相反的超分子手性结构；结合手性SHG和SFG研究了L-DPPC和D-DPPC在纯水界面上微畴手性的来源包括分子的前手性和L-DPPC、D-DPPC分子在界面上聚集所形成的结构手性；利用手性高分辨和频振动光谱研究了L/D-Gan界面手性结构自组装是由分子间氢键、π-π堆积传递并最终形成了大约900个分子长、30个分子宽的片状结构；结合手性二次谐波和手性高分辨和频振动光谱研究了手性分子L/DG12界面诱导非手性TPPS分子自组装动力学其组装速率随亚相TPPS浓度的升高而增大，同时其组装速率随着界面膜压升高而增大；利用SHG研究了线偏光调控偶氮苯分子界面超分子自组装手性，发现了L-Glu的手性对映体能够被线偏光调控手性，其对映异构体L-Glu则不能被调控；利用手性和频振动光谱研究了pH调控SQLG分子气液界面手性宏观结构受pH影响的分子机理；利用SHG研究了一维螺旋手性纳颗粒的手性光学活性主要来源于制备中的旋转方向；结合布鲁斯特角显微镜及手性二次谐波技术研究了VB2分子影响DPPC磷脂分子界面手性相分离。本课题对于解释界面超分子手性组装及其调控分子机理具有重要的意义，能为界面手性起源，不对称催化提供一定的理论基础。