一种手性聚合物已经由完全非手性的单体制成,只需利用磁场来调整参与成键的电子的自旋。

在化学的许多领域中,以单个镜像的形式生成大分子有机分子是非常重要的。“例如,当你想制造药物时,它们必须被身体识别,(其分子)具有一种手性,否则就会产生灾难性的副作用。罗恩Na一个男人。以色列魏茨曼科学研究所的研究员。因此,只产生一种异构体的机制是非常有价值的-例如,不对称有机催化获得了2021年诺贝尔化学奖.然而,Naaman说,即使在这里,“在你使用它之前,你已经制造了催化剂,并将它分离成两种手性”。

Naaman和同事一直在探索分子手性与电子自旋极化的关系。自旋是电子的量子特性之一,是角动量的一种内在形式,在经典物理学中没有对应的角动量。它给电子一个磁矩,可以沿着磁场排列——极化。

“我们之前发现,如果你有两种手性的混合物,我们使用具有给定极性的入射电子,我们可以使其中一种对映体被破坏,而另一种不会,”Naaman解释道。但他的团队从未证明过对大分子手性的显著控制。

简化图显示聚合物的生长和手性诱导

来源:©2022 Deb Kumar Bhowmick等人

当自旋极化电子(橙色)从电极表面(黄色)通过被吸附的分子进入与接近的单体的相互作用区域时,它将更容易渗透到符合其对称性的结构中,并促进在新的立体中心(绿色)形成一个对映体。

现在,他们通过在磁电极上电聚合,将完全非手性的2-乙烯基吡啶制成了手性聚(2-乙烯基吡啶)。在反应过程中,每个单体加入到聚合物不断增长的脂肪族主链中,产生一个新的立体中心。如果聚合物链变得足够长,并在左手或右手中心富集,它们可以采用手性螺旋结构。

通过改变电流流向,研究人员可以控制电极表面的磁场。这使得注入到不断生长的聚合物中形成新键的电子的自旋极化。在电极表面附近,对每个新立体中心的手性控制最强。随着聚合物链变长,这种控制变弱,但在100nm的距离上仍然可以检测到。

物理化学家说:“我认为这是一篇非常酷的论文,可能意义重大。马特·Beard美国国家可再生能源实验室。他说,也有其他自旋极化电子催化不对称反应的演示,“但这是它可以起作用的最清晰和最清晰的演示”。这种方法可以让合成化学家生产手性聚合物,而不需要手性催化剂或其他必须去除和丢弃的手性试剂。除此之外,它还可以帮助解决生命系统中的手性分子几乎都是单一对映体的谜团。

“手性”电子也可能在自旋电子学中有应用——自旋电子学是一种先进的、有效的信息技术形式,其中信息是在电子自旋中而不是在电荷电流中传递的。这项技术需要一个自旋极化电子的来源,而目前需要磁铁。然而,Naaman解释说:“如果你在任何电极上都有一层非常薄的手性聚合物,那么穿过这层膜的电子就已经是自旋极化的了。”