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深圳大学李霄鹏教授《JACS》:化学支援数学,新的分子自组装系统为数学理论提供支持

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高分子科学前沿 2021-04-15 13:36

高度规整的有序系统在自然界和生物界是非常常见的,例如DNA和病毒的蛋白质外壳。斜列线是一种在植物组织中的特殊螺旋排列,也是在生物体系中常见的长程有序排列方式。对于斜列线的研究可以加深我们对植物生长以及植物分类学的理解。这类系统潜在的美学也吸引了无数艺术家和科学家的关注。为艺术家和科学家们提供了丰富的数学灵感。关于斜列线,最直观的例子是菠萝。菠萝表面突出的片的排列就是典型的斜列线。斜列线的概念也可被用作噬菌体的分类依据。这一概念为人们开发具有理想性能的新型材料提供了更多可能性。尽管如此,构造模拟斜列线系统的人造分子系统仍然是一个挑战。为此,深圳大学李霄鹏教授和美国德克萨斯大学Jonathan L. Sessler教授团队制备了一种基于卟啉的配位大斜方截半立方体,该立方体拥有六个八边形,八个六边形和十二个正方形的面。在高度有序的热解石墨烯表面,这些十二面体可以进一步组装成螺旋状聚集体。这样的分子组装形式让组装理论得以发展,同时又使我们对控制复杂功能材料自组装的规则有了更深入的了解。该工作以题为“Hierarchical Self-Assembly of Nanowires on the Surface by Metallo-Supramolecular Truncated Cuboctahedra”发表在《J. Am. Chem. Soc.》上。

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文章亮点:

1.拥有大斜方截半立方体的配位分子笼的构筑。该工作使用24个具有120°夹角的二苯甲酮二铂配体和12个正方形的卟啉四吡啶配体配位组装成一个超大的具有大斜方截半立方体形状的配位分子笼。该配位分子笼的直径大约为5.6 nm

2.超大配位分子笼还可进一步组装为螺旋组装体。在石墨烯表面,分子笼可产生堆积现象,通过卟啉基元之间的π-π堆积相互作用,堆积为线性的有序结构。通过STM图像可以清晰的看到线性组装体的类斜列线螺旋形貌。对该分子笼组装机理的研究可以进一步加深我们对分子自组装的理解。这也是在Boerdijk-Coxeter螺旋被发现后为数不多的基于帕拉图或欧几里得立方体的堆积模式。对数学上密铺理论的发展提供了非常重要的参考。

图1. 分子笼的结构及组装过程

来源:高分子科学前沿

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