二阶非线性光学方法研究界面超分子手性的动态调控

Chirality is a characteristic of living matter and nature，which exist in various hierarchical levels in nature. Chirality at a supramolecular level is the key to connecting the chirality between the molecular scale and the macroscopic scale (including nanoscopic scale). Studying the supramolecular chirality can n provide the possible clue to understanding and simulating the origin of the 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 the chiral studies. How to monitor the supramolecular regulation in situ is a very challenging question, and second nonlinear optical spectroscopy can offer an opportunity to probe the surface supramolecular chirality at the Langmuir films in situ. In this project, we will use Second Harmonic Generation (SHG) and Sum Frequency Generation (SFG) spectroscopy to investigate the effects of external physical fields (light, temperature, magnetic field and electrode potential), on the chiral spectroscopy, chiral structure and chiral formation mechanism of the porphyrin system, azobenzene system and diacetylene amphipathic molecule system. Furthermore, we also study the effect of the chemical factors (pH, ions and concentration) on these systems. From these investigations, we will summarize the general rule of affecting supramolecular chiral regulation, which is anticipated to yield a deep understanding of the regulation mechanism of the supramolecular chirality.

手性是生命物质和自然界的基本特性并以各种尺度存在于自然界。超分子层次的手性问题是连接分子层次与宏观尺度（包括纳米尺度）的手性的关键。超分子手性的研究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，超分子组装方法也是近年来制备手性材料的重要方法。界面超分子手性的调控是手性研究的前沿领域。如何原位在线的研究界面超分子手性的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-线二色谱（SHG-LD）及和频光谱-线二色谱（SFG-LD）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界面超分子手性的光谱、结构和手性形成分子机理的影响。探讨总结这些物理外场和化学环境对界面超分子调控的本质和一般规律。本研究将会极大地更新、深化和丰富对界面手性调控机理的深层次的认识。

手性是生命物质和自然界的基本特性并以各种尺度存在于自然界。超分子层次的手性问题是连接分子层次与宏观尺度（包括纳米尺度）的手性的关键。超分子手性的研究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。界面超分子手性的调控是手性研究的前沿领域。如何原位在线的研究界面超分子手性的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）及和频光谱（SFG）研究各种物理外场（光、温度、模压）和化学环境（PH、离子、浓度）对卟啉体系、偶氮苯体系、手性希夫碱、磷脂膜、谷胺酸二胺等两亲分子体系界面超分子手性的光谱、结构和手性形成分子机理的影响。我们取得了以下的研究成果：金属离子和界面的配位效应可以调控希夫碱分子的手性超分子自组装体的结构，同时，两种同分异构体的希夫碱衍生物可以通过不同的折叠结构形成不同宏观结构的超分子组装体。气液界面不同膜压对聚集态磷脂L-DPPC和D-DPPC单分子膜的微畴手性来源的分子机理，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，膜压对此两种手性都有显著的影响。对于谷氨酸二酰胺（L/D-GAn）分子形成的气液界面的超分子酰胺基团分子间氢键在手性的传递中起关键作用。分子内的手性会从手性中心转移到与之相连的酰胺基团，通过酰胺基团与蒽环π-π堆积的协同效应，形成了分子的手性密堆积结构，该分子手性也借由自组装过程放大并传递到疏水长链，最终在界面处形成具有反平行β-折叠结构的手性超分子组装结构，超分子手性传递的长度为900个分子长、30个分子宽。本研究提供了研究界面手性传递的非线性光谱学方法。另外，我们也研究了手性分子L/DG12界面诱导非手性TPPS分子自组装动力学及其自组装分子机理。本研究对探索生命物质中的手性起源问题及多相手性催化、手性物质的分离与拆分、化学传感器等领域具有重要意义。