微观构建模块：揭示新的双功能超分子结构

横滨国立大学最近的一项研究在材料科学领域引入了一种开创性的方法，利用先进的分选技术实现了双孔分子晶体的自组装。这一创新为开发具有多种应用的多功能材料铺平了道路。

被称为离散超分子结构的多功能分子框架，作为可定制的微观构建块用于许多应用。这些结构可以用于药物输送，为催化反应创造独特的环境，或者集成到分子机器中。

横滨国立大学的研究人员在《美国化学学会杂志》上发表了一篇论文，他们提出了一种新的方法来推进双功能超分子材料的自组装。

自组装涉及在热力学平衡下，从一组给定的组分自发产生一个定义明确的离散超分子结构。通常，前体的二元组合，每个前体都带有互补的官能团，被组装成稳定的产品。多组分系统，包括至少两种具有相同官能团的前体，仍然相对未被探索。

探索社会自分类

科学家们正在研究通过“社会自我分类”，将具有相同官能团的不同前体引导成统一的超分子结构的方法。在社会自分类中，复杂的自分类系统之间的转换模仿了自然界的调节功能，具有选择性和适应性的识别行为。

为了实现这一目标，研究人员一直在开发战略方法，以防止随机合并和“自恋自分类”，即每种前体组装成独立的结构。

一种方法是通过一种称为手性自排序的技术，它依赖于手性的互补性（右手或左手）。当使用外消旋前体（称为对映异构体的两种手性分子的混合物）时，两种对映异构体通常被合并成一个单一的结构。

右旋分子和左旋分子在结晶时倾向于交替排列，并且有可能排列“准外消旋物”，它们在右旋和左旋形式之间具有轻微的结构差异。

功能材料开发成果

“以前的研究主要集中在实现这些分子的排列，并将这种现象应用于功能材料的开发一直是一个挑战，”通讯作者，横滨国立大学工程学副教授Suguru Ito说。

在他们的研究中，Suguru Ito的团队探索了排列“准外消旋体”，在右手和左手形态之间存在轻微的结构差异，以创造具有不同大小孔隙的晶体材料。两对准外消旋体的社会自分类是通过形成一个带有四个连接分子的环状分子来实现的。这种稳定的环是通过准外消旋酸的醛基和连接分子的胺基之间的可逆反应得到的。因此，环状分子可以结晶成具有两种管状孔的多孔分子晶体。

Suguru Ito说：“这代表了将右手和左手分子排列技术应用于功能材料创造方面的里程碑式成就。”

设计具有双孔系统的多孔材料是一项复杂的任务，但这种材料由于其先进的功能而具有很高的价值。由于每个孔都可以实现不同的功能，因此双孔材料可以同时具有多种功能或用于复杂应用的特定设计。

实验证明，这两种双孔具有不同的吸附特性。

本研究强调准外消旋体在构建具有两种不同功能的社会自分类超分子结构中的作用。此外，该方法为生成一类新型双孔分子晶体奠定了基础。

“据我们所知，这是第一个由社会自分类大环形成的双孔分子晶体，”Suguru Ito说。

未来的研究将致力于利用准外消旋体排列技术开发各种多功能晶体材料。

“我的最终目标是建立一种精确排列有机分子的方法，并开发对社会有益的功能晶体材料，”Suguru Ito说。

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