日本熊本大學研究生院先端科學研究部的豬股雄介助教、自然科學教育部的山田白鳥碩士生，以及產業奈米材料研究所的木田徹也教授組成的研究團隊發現，在結晶化過程中添加醇類物質，能夠實現對手性無機晶體三氯化銫銅（CsCuCl₃）的光學分離。相關成果已發表在期刊《Crystal Growth and Design》上。
圖1：右手型(a)和左手型(b)三氯化銫銅（CsCuCl₃）的晶體結構（供圖：熊本大學）
手性是有機分子中廣為人知的概念，在無機晶體中也同樣存在具有手性對應關係的物質。已知三氯化銫銅就是同時具有右手型和左手型晶體的手性無機晶體，其結構衍生的手性結構帶來的材料性質備受期待。另一方面，結晶過程中右手型與左手型混合並存而形成的外消旋孿晶，已成為當前面臨的主要難題。
天然的礦物水晶（SiO₂）同樣屬於手性無機晶體，但其形態與孿晶結構會因產地不同而存在差異。一般認為，這是由於結晶點、雜質的存在等晶體成長條件不同所導致的，反過來這也表明可以通過控制晶體成長條件來調控無機晶體的手性。
研究團隊此前已證實，結晶點對三氯化銫銅的光學分離具有關鍵作用，本次研究發現，通過在結晶過程中添加醇類等有機溶劑，能夠使三氯化銫銅分別結晶為右手型和左手型結構，從而實現光學分離。
由於三氯化銫銅是一種水溶性化合物，研究團隊採用水溶液的溶劑蒸發法來實現結晶（結晶點為35℃）。實驗結果顯示，僅使用水時得到的是右手型與左手型晶體疇區混合的外消旋孿晶。而添加有機溶劑後，晶體會分別以右手型和左手型結構析出。在眾多有機溶劑中，醇類對光學分離尤為有效，其中1-戊醇和乙二醇表現出顯著效果。通過比較晶體形態可以發現，醇類的添加抑制了晶體沿c軸的生長，並改變了其生長面。研究認為，這種結晶生長過程的差異正是決定最終形成的是外消旋孿晶還是單一手性晶體的關鍵。
此外，當增加有機溶劑的添加量時，會生成非手性結構的Cs₃Cu₃Cl₈(OH)。將其作為晶種進行結晶實驗後，手性的三氯化銫銅便在Cs₃Cu₃Cl₈(OH)晶體表面析出。該結果表明，手性晶體的形成並非必須依賴手性相的存在。
本次研究成功揭示了一種獲取手性無機晶體的有效方法。研究團隊指出，該技術不僅適用於三氯化銫銅，未來亦有望拓展至其他手性無機晶體的光學分離領域，有望成為按需製備手性無機晶體的新方法。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Crystal Growth and Design
論文：Solvent and Achiral Crystalline Phase-Induced Chiral Resolution of CsCuCl₃
DOI：10.1021/acs.cgd.5c01350
