多功能分子框架被称为离散超分子结构，它们就像微观构件，可定制用于各种应用。这些结构可用于药物输送、为催化反应提供独特环境或插入分子机器。

横滨国立大学的研究人员在 6 月 25 日发表在《美国化学会志》上的论文中提出了一种推进双功能超分子材料自组装的新方法。

自组装涉及在热力学平衡下由一组给定的组分自发生成明确、离散的超分子结构。通常，前体的二元组合(每个前体都带有互补的功能组)会组装成稳定的产品。多组分系统(包括至少两个具有相同功能组的前体)仍相对未被探索。

科学家们正在研究通过“社会自我分类”将具有相同功能基团的不同前体整合到统一的超分子结构中的方法。在社会自我分类中，复杂的自我分类系统之间的转换模仿了自然界中发现的调节功能，这些调节功能能够进行选择性但适应性的识别行为。

为了实现这一目标，研究人员一直在开发战略方法来防止随机掺入和“自恋自我分类”，其中每种类型的前体都会组装成独立的结构。

一种方法是通过一种称为手性自分类的技术，该技术依赖于手性的互补性(右手性或左手性)。当使用外消旋前体(两种称为对映体的手性分子的混合物)时，两种对映体通常会合并成一个结构。

右手性分子和左手性分子在结晶时倾向于交替排列，并且可以排列出右手性和左手性分子之间具有轻微结构差异的“准外消旋体”。

通讯作者、横滨国立大学工程学副教授伊藤俊郎 (Suguru Ito) 表示：“之前的研究主要集中在实现这些分子的排列，而将这种现象应用于功能材料的开发一直是一个挑战。”

在他们的研究中，伊藤团队探索了排列“准外消旋体”，右旋体和左旋体之间结构略有差异，以创建具有不同大小孔隙的晶体材料。两对准外消旋体的社会自分类是通过形成具有四个连接分子的环状分子实现的。这种稳定的环是通过准外消旋体的醛基和连接分子的胺基之间的可逆反应获得的。因此，环状分子可以结晶成具有两种管状孔隙的多孔分子晶体。

伊藤说：“这是将右手性和左手性分子排列技术应用于功能材料创造的里程碑式成就。”

设计具有双孔系统的多孔材料是一项复杂的任务，但此类材料因其先进的功能而具有很高的价值。由于每个孔都可以进行不同的功能化，双孔材料可以同时实现多种功能或针对复杂应用的特定设计。

实验证据证实这些双孔表现出不同的吸附性能。

本研究强调了准外消旋体在构建具有两种不同功能的社会自排序超分子结构中的实用性。此外，该方法为生成新型双孔分子晶体奠定了基础。

“据我们所知，这是第一个由社会自排序大环形成的双孔分子晶体，”伊藤说。

未来的研究将旨在通过应用排列准外消旋体的技术来开发各种多功能晶体材料。

伊藤表示：“我的最终目标是建立一种精确排列有机分子的方法，并开发出对社会有益的功能性晶体材料。”