基于晶格失配的表面誘導分子對稱性破缺

吳凱

北京大學化學與分子工程學院，北京 100871

(a) DATP在Cu(111)上吸附的AFM概覽圖；(b) 圖(a)虛線框中單個DATP分子的AFM圖；(c) DATP與TPCA共組裝AFM概覽圖；(d) 圖(c)虛線框中分子組裝的放大圖；(e) DATP在Cu(111)上不對稱吸附引起選擇性氫鍵組裝的原理示意圖。

分子的精確選擇性活化對于合成復雜的化學物質具有重要意義。然而用傳統的有機合成方法難以區分復雜分子中相似的部分，尤其是對于對稱分子中相同的基團。表面合成是近年來興起的一種新的合成方法1。這一方法綜合利用了金屬單晶表面的催化、模板以及二維限域效應等，合成出了大量濕法化學不易實現的精細分子結構2-4。這些精細結構的合成往往是多步反應，并涉及到精確的區域選擇性官能團活化和成斷鍵5,6。但是目前還沒有關于將對稱分子中等價官能團異化和選擇性功能化的研究。近日，蘇州大學遲力峰教授與德國吉森大學André Schirmeisen教授和中國科學院物理研究所杜世萱研究員合作報道了一種對稱的 有 機 分 子 4,4’’-二 氨 基 對 三 聯 苯 (DATP)在Cu(111)表面的不對稱吸附，以及由此引起的該分子與2-三亞苯甲醛(TPCA)分子氫鍵組裝的單邊選擇性。化學結構對稱的DATP分子以長軸平行于基底[11-2]及其等價晶向吸附，在原子力顯微鏡(AFM)圖像中表現為單邊模糊的不對稱特征。化學鍵分辨的AFM成像結合密度泛函理論(DFT)計算揭示了DATP分子與Cu(111)的晶格失配使得該分子兩端的氨基分別吸附于銅原子頂位和空心位。其中吸附于頂位的氨基相較于處于空心位的氨基離表面更近，因而更大程度上被活化，親和力增強，使其在針尖影響下呈現非穩態特征，并優先與TPCA結合。

基于DATP分子與Cu(111)表面的晶格失配所造成的分子不對稱吸附和單邊親和力增強，為對稱分子的不對稱化和選擇性組裝提供了一種廣泛適用的方案。更近一步，該研究為對稱分子的不對稱活化和反應提出了一種可能的路徑。

相關研究成果近期已在Nature Communications上在線發表(doi: 10.1038/s41467-018-05719-y)7。