结构明确的手性金属簇:金属原子排列与圆二色谱响应关系研究

分子及分子组装体的手性是化学研究的一项重要内容,它不仅对于认识生命体系中手性识别、手性转移等具有特别意义,而且对于药物化学、非线性光学材料等研究也具有重要影响。经过多年的研究,人们对于有机化合物中中心手性、轴手性、平面手性、螺旋手性、固有手性等手性存在形式有了深入的认识和理解。然而,对于由其它原子构成的分子及组装体的手性人们的认识却相对不足。可以预期的是,不同原子组成及不同尺度上的手性研究不仅会带来人们对于手性转移、手性放大等手性现象更加深刻的认识,同时也可能催生新的手性催化剂的发现。

在国家自然科学基金委和科技部资助下,清华大学化学系赵亮研究小组利用一系列具有相同绝对构型的手性二胺配体合成了具有非平面S型或反S型排列的六核手性金簇。研究表明,相对于平面三核金簇极其微弱的圆二色信号,这些手性金簇表现出了很强的圆二色响应(Anisotropy Factor 最高达 6 ′10-3)。进一步通过比较三核金簇与六核金簇化合物的晶体结构,他们定性的研究了中心手性二胺、外围三苯基膦配体以及金原子排列对圆二色响应的贡献。TD-DFT计算表明,六核金簇的强圆二色谱响应与主要分布在金原子上的HOMO轨道密切相关,由此证实此类金簇化合物的圆二色谱的响应与金属原子的空间排列直接相关。同时,他们建立了一个六核金簇模型,通过TD-DFT计算证实两个Au3平面间的二面角会显著影响圆二色响应,由此解释了S型与反S型排列的金簇在最大吸收波长处表现出的相反Cotton效应的原因。该研究为在原子水平上理解手性金属簇结构与性能的关系提供了一个良好的模型,对未来深入研究金属簇的手性以及合理设计新型手性金属簇催化剂提供了基础。

文章最近以Article的形式发表在Journal of the American Chemical Society上(X. He, Y. Wang, H. Jiang, L. Zhao*, J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, DOI: 10.1021/jacs.6b01658)。本论文第一作者是我系2012级博士生何昕,北京大学蒋鸿课题组为本项工作提供了计算化学帮助和支持。本研究受到科技部973项目(2013CB834501),基金委创新群体项目(21421064)、重点项目(21132005)以及优秀青年基金(21522206)资助。