长崎大学大学院工学研究科马越启介教授、东京大学大学院综合文化研究科堀内新之介讲师、北陆尖端科学技术大学院大学先端科学技术研究科生物机能医学工学研究领域山口拓实副教授的研究团队发现，仅通过混合有机分子及过渡金属元素的络合物，就能形成分子对称性最低的C1对称分子集合体，同时明确了基于自组装的分子低对称化是如何影响物质的光学性质的。
图 通过有机化合物及过渡金属络合物形成的C1对称性分子集合体（提供：长崎大学）
酶和DNA通过例如氢键及分子间相互作用的弱缔合力协同作用，形成自组装结构。研究团队通过在自组装机制中引入弱缔合力的协同作用，探索了新型分子集合体的合成。结果发现，通过组合具有氢键能的有机分子和阳离子过渡金属络合物，可以获得拥有对称性最低的C1分子对称性的分子集合体，这在通常的自组装中是难以获得的。
此外，研究团队还发现，分子自组装会导致过渡金属络合物的物性发生很大变化。当过渡金属络合物与有机分子形成分子集合体时，金属络合物的发光特性会大幅提高（高能化、高效率化、长寿命化）。
研究团队注意到，研究中使用的过渡金属络合物是两种光学异构体的混合物，并调查了低对称分子组装结构对手性光学特性的影响。调查结果表明，基于分子自组装的低对称化，提高了从手性过渡金属络合物观察到的圆偏振光发射的各向异性因子glum值。即使使用类似的过渡金属络合物，在没有低对称化的情况下，glum值不会发生变化，因此研究团队得出结论，该glum值的变化来自于低对称结构的物性变化。
新功能性材料的创造之路
堀内讲师指出：“我们通过将自然界自组装的驱动力引入人工系统，成功获得了C1对称性分子集合体，这是用以往的方法难以获得的。今后的课题是，研究是否能将这种方法作为一般方法使用。如果开发从这项研究中获得启发的分子集合系统，那么分子自组装领域将会产生新的风潮。这一定会创造出新的功能性分子材料。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：Nature Communications
论文：Symmetry-Breaking Host-guest Assembly in a Hydrogen-bonded Supramolecular System
DOI：10.1038/s41467-023-35850-4
