手性普遍存在于自然界，是生命體系的基本特征之一。從原子級(jí)水平上研究手性團(tuán)簇的手性來(lái)源、多重手性對(duì)手性化學(xué)及團(tuán)簇化學(xué)有著極其重要的意義。然而，手性金屬有機(jī)簇合物僅約占手性晶態(tài)化合物的7.8%，主要集中在貴金屬、稀土和過(guò)渡金屬。近期，中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所方偉慧研究員采用協(xié)同配位合成策略，構(gòu)筑了首類手性鋁氧簇（cAlOCs）并應(yīng)用于圓偏振發(fā)光。

在自然界中，氨基酸的分子手性決定了蛋白質(zhì)的螺旋手性，最終表現(xiàn)為多尺寸的生物分子的宏觀手性。此類由手性氨基酸和輔助螯合配體2，6吡啶二羧酸穩(wěn)定的cAlOCs-Al₅簇體系，整合了團(tuán)簇分子的手性、類DNA手性雙螺旋以及手性氫鍵qtz拓?fù)洹；趫F(tuán)簇間的氫鍵弱相互作用，實(shí)現(xiàn)了團(tuán)簇間的手性轉(zhuǎn)移與放大，并為組裝手性拓?fù)涮峁┝艘环N以四連接的團(tuán)簇為節(jié)點(diǎn)的新拓?fù)鋵W(xué)方法。此外，這種協(xié)同配位合成策略具有良好的普適性，不僅可擴(kuò)展到不同的同構(gòu)配體，還可以擴(kuò)展到不同的抗衡離子。此類cAlOCs材料可以實(shí)現(xiàn)克級(jí)水平放大合成，且具有較好的穩(wěn)定性和高的BET比表面積。

此外，研究人員將這類cAlOCs材料應(yīng)用在手性光學(xué)中。由于團(tuán)簇的超分子結(jié)構(gòu)中存在直徑約1納米的一維通道以及團(tuán)簇抗衡陰離子具有可替換性，研究人員利用納米級(jí)的螺旋孔道負(fù)載陰離子的有機(jī)染料分子CF351^2-。廣泛的表征證明了染料分子在晶體中的成功摻雜和均勻分布，分子模擬計(jì)算進(jìn)一步證實(shí)了熒光染料陰離子通過(guò)靜電以及氫鍵相互作用與正電荷的Al₅簇相結(jié)合。手性螺旋孔道和熒光陰離子染料分子之間的手性轉(zhuǎn)移，使得摻雜熒光陰離子染料后材料具有明顯的圓偏振發(fā)光(CPL)信號(hào)，信號(hào)強(qiáng)度已相當(dāng)于部分手性貴金屬的CPL。該材料可進(jìn)一步制備成了柔性、透明和廉價(jià)的CPL薄膜，展示了潛在的實(shí)際應(yīng)用。

這項(xiàng)工作為手性鋁氧簇的合成提供了有效方法，為低成本的CPL材料合成提供了新途徑。從可持續(xù)發(fā)展的角度，手性鋁氧簇是探索手性領(lǐng)域應(yīng)用的有力候選者。預(yù)計(jì)從這項(xiàng)研究開(kāi)始，將有更多手性鋁氧簇材料被合成，并應(yīng)用在對(duì)映體分離、手性傳感、不對(duì)稱轉(zhuǎn)化等方面。相關(guān)成果發(fā)表于《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》（J. Am. Chem. Soc. 2024, DOI: 10.1021/jacs.3c13244）上。海西聯(lián)培碩士生陳冉旗為本文第一作者，方偉慧研究員為通訊作者。

圖1. 化合物的多重手性以及制備柔性CPL薄膜的示意圖

文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.3c13244

（張健課題組供稿）