Håber på udvikling af materialer til 3-D skærme og medicinske applikationer

Chirale molekyler er spejlbilleder af hinanden. De kan ikke overlejres og spiller en afgørende rolle i avancerede materialer og teknologier. Imidlertid, der havde ikke været pålidelige teoretiske systemer til design og syntese af chirale materialer. Disse systemer havde kun oplevet en gradvis udvikling, med kemikere, der gør fremskridt med design og syntese af chirale materialer baseret på deres intuition.

En forskergruppe ledet af Tadashi Mori ved Osaka University justerede to hexahelicener (figur 1) i forskellige orienteringer, teoretisk undersøgt, og foreslog, at S- og X-formet dobbelt hexahelicen justeret i højre symmetri var en nøgle til at forbedre helicens egenskaber. Forskerne syntetiserede derefter dobbelte hexahelicener for at demonstrere deres forbedrede chiroptiske egenskaber som chirale materialer:cirkulær dikroisme (CD) og cirkulært polariseret luminescens (CPL). Deres forskningsresultater blev offentliggjort i Kommunikationskemi .

De justerede flere chirale hexahelicen-enheder for grundigt at undersøge, hvordan deres chiroptiske egenskaber ville blive forbedret ved kvantekemiske beregninger. (Figur 2) Resultaterne antydede, at kirotiske præstationer blev forbedret i S- og X-formede helicener justeret i højre symmetri.

Forskerne undersøgte også antallet af molekyler, der skulle justeres, og rummet mellem molekylerne og fandt muligheden for, at dobbelte helicener, hvor to helicener er slået sammen, kunne blive ideelle chirale materialer.

Baseret på diskussionen ovenfor, anvender X- og S-formede uberørte dobbelte hexahelicener (DNH og DPC) som repræsentative molekylære modeller, denne gruppe syntetiserede begge dobbelte hexahelicener, demonstrerer drastisk forbedring af deres chiroptiske egenskaber. (Figur 3)

De søgte at bestemme, hvilke faktorer der styrer chiroptiske reaktioner og fandt ud af, at både intensitet og orientering af molekylernes elektriske og magnetiske overgangsdipolmomenter var vigtige.

Denne gruppe demonstrerede en ny logisk protokol til design af chirale materialer - hvordan man rationelt justerer og designer molekyler. Ved at bruge strategier ud over konventionelle måder for materialeudvikling, der var baseret på forskernes intuition, koncernen forbedrede omkostningerne til materialeudvikling drastisk. Polariseret lys kan bruges til næste generation af optisk informationsteknologi, så denne undersøgelse vil fremskynde teknisk innovation i udviklingen af ​​avancerede materialer til 3-D-skærme og endoskoper i medicinske applikationer, samt sikkerhedsmaling inden for informations- og kommunikationsområder.