功能固体材料的手性同质多晶型调控及其手性固定和应用

It is a real meaningful challenge to control over the crystallization process of mirror symmetry breaking (MSB) systems, which exhibited polymorphism or pseudopolymorphism between the chiral and achiral forms, to gain their enantiomerically pure crystal polymorphic phases. This would be further applied in the chiral functional solid-state materials. According to our previous studies, the solid multifunctional compounds of polymorphic MSB systems would be chosen as the main study objects and our research goals are to explore the appropriate crystallization conditions to obtain all enantiomerically pure crystal polymorphic phases, which would be used as luminescent or chiral switch multifunctional solid-state materials. In synthetic methodology, a series of organic compounds and metal complexes with conformational or metal center chiralities locked in their solution or solid state would be prepared by combining the molecular design and crystal engineering. And the stability of their chiral structures and stereochemistry (configuration and conformation) would be characterized by chiroptical techniques. The mechanism of homochiral aggregation in the MSB systems would also be illustrated. This project will focus on the chiral manipulation of polymorphic multifunctional solid-state materials and the specific structure-performance relationships between the interactions of all function elements (molecules, groups, domain structures, phase structures and so on) and their properties, which will provide some useful experience for the development of chiral drugs with polymorphism. And such materials could be also further applied in the development of chiral luminescent materials and optoelectronic devices. Hopefully, the promising results are significant for basic researches on the origin of biological homochirality.

将多晶型镜面对称性破缺(MSB)体系调控出对映纯晶相并将其应用于手性固体功能材料的研究是极具挑战性且有重要科学意义的难题。根据前期研究工作基础，研究目标旨在瞄准多晶型功能固体化合物的MSB体系，探寻其结晶并调控成对映纯相的各种影响因素和条件，并将所得对映纯晶相应用于手性发光或手性开关等复合多功能固体材料。在合成方法学上，通过化合物的分子设计并辅以晶体工程，获得一系列可在固体或溶液状态有效"锁住"构象手性或金属中心手性的有机化合物和金属络合物，以手性光谱等技术考察其手性结构的稳定性和立体化学(构型和构象)，探明MSB现象中同手性聚集的作用机理。本项目拟对多晶型固体功能材料的手性调控及其功能基元间(组装)的相互作用方式与其性能的构效关系作出的深入探究，可为手性多晶型药物研发提供借鉴，亦可望应用于手性发光材料和手性光电器件的开发。研究成果还将对揭示生物分子手性均一性起源之谜具有基础研究意义。

功能固体材料和晶型手性药物的手性同质多晶型调控及其手性固定和应用研究迄今仍是国际难题。本项目在AIE(聚集诱导发光)化合物、手性1,4-二氢吡啶类(1,4-DHPs)钙拮抗剂和手性保健品氨基糖类的手性同质多晶型调控及其集成手性光谱研究方面，主要取得如下进展。一、建立了确定AIE化合物TPE(四苯基乙烯)及其衍生物的TPE-core螺旋手性的集成手性光谱方法及其绝对构型关联规则。二、通过Viedma Ripening法实现了对TPE对映纯晶相的调控。三、对降压药手性尼莫地平和左旋氨氯地平的绝对构型进行了确定和关联：(1) 采用X-射线单晶衍射与固体和溶液ECD光谱关联，以及实验和理论固体VCD光谱佐证的方法，对自发拆分获得的一对尼莫地平外消旋聚集体进行了绝对构型确认，首次获得了手性1,4-DHPs衍生物的ECD光谱图。(2) 通过XRD，以及固体ECD和VCD光谱等有别于常规非手性方法鉴别优势手性药物晶型的手段，对尼莫地平的多晶型现象进行了精准研究。(3) 基于手性尼莫地平和氨氯地平的ECD光谱比较，初步构建了手性1,4-DHPs衍生物的绝对构型关联规则。四、对手性保健品α-氨基葡萄糖盐酸盐和α-乙酰氨基葡萄糖，以及分别以α-氨基半乳糖盐酸盐和α-乙酰氨基半乳糖为比较对象，对其进行了XRD、固体和溶液ECD光谱和固体VCD光谱的表征和分析，这些方法可以应用于手性氨基糖类检测和质量控制。五、通过X-射线单晶衍射与集成的固体和溶液手性光谱关联的方法，对经手性HPLC拆分获得的五取代四氢嘧啶类AIEE(聚集诱导发光增强)化合物(Me-THP-3ph)的一对对映体进行了绝对构型关联。作为本项目的拓展，对固体ECD光谱测试中的浓度效应和应用电子圆二色光谱方法确定手性金属络合物的绝对构型做出了深入探究。本项目还探讨了一系列手性席夫碱络合物的绝对构型与其固液ECD和VCD光谱的关联、超分子螺旋手性与配位结构基元的关联等，为这类络合物的配位立体化学研究及其手性识别作用机理的阐明，提供了可靠的实验素材和一定的理论依据。此外，已结题国家基金的后续工作“惟手性金属中心消旋四面体笼络合物的拆分”有突破性的进展；将自行拆分的手性笼络合物(T)应用于2-蒽甲酸的[4+4]光环化二聚超分子手性光化学反应，发现手性笼与2-蒽甲酸可形成包结络合物，所产生的手性光二聚体具有一定的立体选择性和对映选择性。