近日，郑州大学化学学院院与中国科学院化学研究所合作研究，发现了面手性主导的手性大环异构体的螺旋自组装行为，并深入揭示了面手性主导的机制。相关研究成果以“Self-Assembly of Macrocyclic Triangles into Helicity-Opposite Nanotwists by Competitive Planar over Point Chirality”为题发表在国际权威期刊《Angewandte Chemie International Edition》上，并被评为VIP（Very Important Paper）论文。论文的第一作者是郑州大学与中国科学院化学研究所的联合培养博士研究生商伟利，李铁生教授、江昱倩副研究员、朱雪锋博士和刘鸣华研究员为共同通讯作者。

手性是生命体的基本属性之一，分子、超分子和纳米级手性在各种生物功能和活动中都发挥着不可或缺的作用，如DNA的自我复制、蛋白质的转录和表达、酶的催化过程、手性物质的跨膜传递等。除了构型手性，构象手性也在生物功能中也起着至关重要的作用。例如，右手型的B-DNA和左手型的Z-DNA之间的构象转变可以有效消除双螺旋解螺旋过程中产生的超螺旋应力，从而有助于DNA自我复制的顺利完成。理解构筑基元的手性信息如何通过螺旋自组装在不同尺度上逐级传递，不仅有助于深入了解手性相关功能的生物学机制，还有助于手性功能材料的可控构筑，具有重要意义。然而，在自组装螺旋纳米构筑体中，分子构象、超分子手性和纳米手性之间的构性关系，以及构型和构象手性之间的信息交互关系的认识仍然存在巨大的空白。

通过设计构筑同时具有构型手性和构象手性的三角形大环，以及溶剂极性介导的可控手性自组装，研究者们在极性和非极性体系中分别得到两种稳定手性异构体和螺旋方向完全相反的纳米螺旋纤维。高分辨透射电镜直接观测到了三角形分子的螺旋堆积，X-射线衍射分析发现两种手性异构体分别形成了六方柱状堆积和体心立方堆积，说明完全不同的超分子堆积模式导致它们分别形成了手性相反的螺旋纤维。通过ECD、CPL、SEM和理论计算的综合分析，充分验证了三角形组装体的手性是由新产生的面手性所主导。这一研究工作首次揭示了手性大环构象异构体的可控螺旋自组装行为，系统研究了手性大环框架中构型手性和构象手性的信息交互行为，为复杂大环组装体的跨尺度手性结构和性质演化提供了深刻认识和理论支撑。

该研究工作得到了国家自然科学基金和中国科学院先导计划等项目的支持。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202210604