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  手性結構及其調控方式與生命現象密切相關，是近些年化學、物理、材料、生物、等眾多領域中的及其重要的研究方向。理解和控制手性的形成對基礎研究以及工業應用都具有舉足輕重的作用，然而如何探究生命分子的整體單一手性起源仍然是本領域的研究熱點和難點。柱狀相作為典型的一維結構，存在于許多π共軛化合物的1D維半導體中，它們可用于光收集和光發射、傳感器、離子導體等，將這些特征與手性相結合可以增強它們作為功能材料的多樣性。然而，常規意義上的柱狀相由熔融的柔性鏈把液晶柱相互隔離，實際上是一個一維的系統。傳統意義上，由于螺旋反轉缺陷的存在，在一維的系統中是不可能維持手性的長程有序。因此，截止目前為止，對于柱相結構中長程均一手性的形成機理以及構筑方式的研究還十分有限。

  針對上述科學問題，西安交通大學劉峰教授/Goran Ungar教授團隊與河南工業大學、羅馬尼亞科學院、南京大學以及英國謝菲爾德大學的研究人員合作，借助于上海同步輻射光源，英國鉆石同步輻射光源以及西安交通大學分析測試中心等儀器設備，合成并研究了一系列具有手性中心的多鏈型分子在不同溫度下的自組裝行為，研究發現純R-C10和S-C10對映體能夠自發形成短程有序的手性六方柱狀相(Col_h*)，而其外消旋混合物則能夠形成長程有序的正交Fddd相，每個晶胞由4個右旋柱和4個柱子左旋柱組成。在該結構中，對映體表現出明確的自分類現象，有序地排布于對應手性的螺旋柱中，兩組相反手性的網絡使得Fddd正交液晶相整體表現為非手性狀態。在此基礎上，進一步研究揭示了Fddd相中長程手性柱的形成機理以及構筑方式。

圖1. 用于研究自組裝行為的多鏈型分子結構R-C10和S-C10，純對映體形成的手性六方柱狀相(_Colh*)和外消旋體形成的_Fddd相模型。

圖2. (a) RS1:1-C10混合物的高溫Col_h相(75 °C, 藍色)和低溫Fddd相(45 °C, 洋紅色)的SAXS結果。Fddd衍射圖中的紅色和黑色峰是重疊分量，其強度依據對應的GISAXS信號強度確定。(b) RS1:1-C10的WAXS隨溫度變化示意圖。(c) RS1:1-C10混合物和(d) R-C10對映體的連續降溫SAXS曲線。q = 2.8 nm^?1 附近的漫散射隨接近Fddd相而增加。

圖3. (a) 化合物R-C10、N-C10和RS1:1-C10混合物的線性雙折射。(b) R-C10和(c) RS1:1-C10的MDSC結果。在(b，c)中，頂部(黑色)曲線是反向熱容，中間(藍色)曲線是總熱流，底部(紅色)是相位滯后角。MDSC實驗中，冷卻速率為0.04 K/min，振蕩幅度為±0.07 K，振蕩周期為20 s。(c)中綠色跡線的調制周期為60秒。

圖4. R-C10純對映體的Mueller矩陣旋光實驗結果，數據記錄的是薄膜樣品從90 °C(各向同性液體)冷卻至30 °C過程中的變化示意圖。(a) 圓延遲(CR)光譜(與旋光色散成比例)。(b) 310 nm處的CR值隨溫度的變化。(c) 圓二色性(CD)光譜。(d) 310 nm處的CD值與溫度的關系。(a，c)中冷卻速率為 5 K/min；(b，d)中冷卻速率為0.5K/min。

圖5. (a) S-C10和(b) N-C10分子鏈段的幾何優化結構。其扭轉角α3以 10° 為步長變化，計算勢能E(α3)。(c) R(藍色)、S(紅色)和 N(黑色虛線)化合物的E (α3)。(d) SD1:1混合物Fddd相中的兩個反手性柱，對映體通過自分類以“正確”方向螺旋扭曲以最大化芳香環重疊：RD分子為左扭曲，SL分子為右扭曲。R和S表示對映異構體，D =右旋，L =左旋，撇號表示不利的分子內扭曲方向。(e) “不正確”的扭曲柱。(f, g) 純對映體中局部簇的一部分：柱“正確”螺旋扭曲，但其中一半包含不利扭曲的分子。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/epdf/10.1021/jacs.3c06164