長崎大學大學院工學研究科馬越啓介教授、東京大學大學院綜合文化研究科堀内新之介講師、北陸尖端科學技術大學院大學先端科學技術研究科生物機能醫學工學研究領域山口拓實副教授的研究團隊發現，僅透過混合有機分子及過渡金屬元素的錯合物，就能形成分子對稱性最低的C1對稱分子集合體，同時明確了基於自組裝的分子低對稱化是如何影響物質的光學性質的。
圖 透過有機化合物及過渡金屬錯合物形成的C1對稱分子集合體（提供：長崎大學）
酶和DNA透過例如氫鍵及分子間相輔作用的弱締合力互利共生，形成自組裝結構。研究團隊透過在自組裝機制中引入弱締合力的互利共生，探索了新型分子集合體的合成。結果發現，透過組合具有氫鍵能的有機分子和陽離子過渡金屬錯合物，可以獲得擁有對稱最低的C1分子對稱性的分子集合體，這在通常的自組裝中是難以獲得的。
此外，研究團隊還發現，分子自組裝會導致過渡金屬錯合物的物性發生很大變化。當過渡金屬錯合物與有機分子形成分子集合體時，金屬錯合物的發光特性會大幅提高（高能化、高效率化、長壽命化）。
研究團隊注意到，研究中使用的過渡金屬錯合物是兩種光學異構物的混合物，並調查了低對稱分子組裝結構對手性光學特性的影響。調查結果表明，基於分子自組裝的低對稱化，提高了從手性過渡金屬錯合物觀察到的圓偏光發射的各向異性因子glum值。即使使用類似的過渡金屬錯合物，在沒有低對稱化的情況下，glum值不會發生變化，因此研究團隊得出結論，該glum值的變化來自於低對稱結構的物性變化。
新功能性材料的創造之路
堀内講師指出：「我們透過將自然界自組裝的驅動力引入人工系統，成功獲得了C1對稱分子集合體，這是用以往的方法難以獲得的。今後的課題是，研究是否能將這種方法作爲一般方法使用。如果開發從這項研究中獲得啓發的分子集合系統，那麼分子自組裝領域將會產生新的風潮。這一定會創造出新的功能性分子材料。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：Nature Communications
論文：Symmetry-Breaking Host-guest Assembly in a Hydrogen-bonded Supramolecular System
DOI：10.1038/s41467-023-35850-4
