非手性蒽-吡啶两亲性分子的超分子手性组装

Supramolecular chiral structures play a critical role in life and nature. In general, the chirality of supramolecular systems can be generated through the assembly of chiral molecules, or a combination of chiral and achiral molecules, or mere achiral molecules. However, it is still challenge to utilize achiral molecules to construct supramolecular chiral structures without the introduction of any chiral factors, and understand its mechanism in the chiral selectivity. In this proposal, we try to synthesize a series of achiral pyridinium-functionalized anthracenes, in which anthracene units, pyridinium cations, alkyl chains, and iodides are used as hydrophobic and hydrophilic ends, linkers, and counter ions, respectively. Driven by the combination of π-π stacking, hydrogen bonds, and electrostatic interactions, stable supramolecular chiral structures will be fabricated based on the ordered arrangements of these achiral amphiphilic molecules. Through analyzing the roles of molecular constitutions (substituted position, linker length, hydrophilic group) and environmental factors (concentration, ionic strength, pH) during the assembly process, the packing mode, the chiral selectivity, and the assembly mechanism will be obtained, which will help us to understand the chiral transfer and memory in the supramolecular level.

手性超分子结构普遍存在于自然界中，通常可以通过手性分子组装、手性分子诱导非手性分子组装以及非手性分子自组装三种途径来构建。但是，如何利用非手性分子构筑手性超分子结构并阐明其手性选择性仍面临着很大的挑战。本项目拟将蒽作为疏水端，吡啶正离子作为亲水端，柔性烷烃链作为连接臂，碘离子作为反荷离子，合成一系列非手性蒽-吡啶两亲性分子。利用π-π堆积、氢键、静电作用等非共价键作用力的协同作用，实现非手性蒽-吡啶两亲性分子的空间有序排列，制备稳定可重复的手性超分子结构。分析分子构成（取代位置、连接臂长度、亲水基团）和外界环境（浓度、离子强度、pH）对手性超分子结构的影响，明确动态形成过程，搭建堆积模型，揭示组装机理，并在此基础上探究外界环境与手性选择性的关系，为理解超分子层次的手性传递和手性记忆提供一定的依据。

超分子手性在自然界和生命体中普遍存在。从结构设计的角度出发，超分子手性可以通过手性分子组装、手性分子诱导非手性分子组装以及非手性分子自组装三种途径来构建。但是，目前如何利用分子自组装手段实现分子手性到超分子手性的传递放大并阐明其手性选择性仍面临很大的挑战。本项目将能提供π-π堆积作用的π共轭疏水蒽和提供静电吸引、氢键及π-π堆积作用的亲水吡啶盐正离子作为主要构筑基元，通过引入非手性芘和手性甘草次酸、齐墩果酸及糖基，化学合成了两类有机小分子，即：（1）基于蒽构筑基元的有机功能小分子，包括非手性蒽-吡啶盐分子和手性蒽-葡萄糖酸分子；（2）基于吡啶盐正离子构筑基元的有机功能小分子，包括手性吡啶盐-芘分子，手性吡啶盐-甘草次酸分子和手性吡啶盐-齐墩果酸分子。利用π-π堆积、氢键、疏水及静电作用等非共价键作用力的协同效应，无论是手性还是非手性的含蒽、吡啶盐正离子骨架的两亲性小分子，均可实现分子的空间有序排列和手性放大，获得稳定的超分子手性结构。通过分析分子组成和外界环境对手性超分子结构的影响，明确了动态形成过程，揭示了组装机理。此外，通过采用凝胶-溶胶法，实现了有机-无机复合手性材料及手性二氧化硅无机材料的制备和手性放大。该项工作不仅为我们提供构筑超分子手性结构的策略和方法，还为理解超分子层次的手性传递放大和手性记忆提供一定的依据。. 在本项目的资助下，我们完成了项目设计的研究内容，达到了预期研究目标，在ACS Appl. Mater. Interfaces, ACS Macro Lett., ACS Appl. Polym. Mater., Mater. Chem. Front., Chem. Eur. J., Chem. Asian. J., Sens. Actuators B Chem.等期刊上共发表标注有基金支持的论文18篇。