今天我们就来探讨一下原子、分子层面的“选择

来历 中科院之声

咱们许多时分都面临着“挑选困难”的情形，比如说毕业时挑选持续进修仍是走上社会求职，比如在出资时挑选稳健的出资办法仍是危险较大但收益也或许较大的出资办法等等。总归，挑选的两头总有利害，需求权衡，要打破安稳的平衡状况。

今日咱们就来讨论一下原子、分子层面的“挑选”难题。

怎么才干“看到”原子和分子？

咱们知道，原子是构成物质国际的根本元素，原子之间经过化学键的效果能够构成分子。原子的半径一般在10-11~10-10m的量级，而人眼的分辩只能到达10-4m，这些精细结构是人眼所无法分辩的。

为此，科学家们先后发明晰扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM）。扫描隧道显微镜，望文生义，就是运用量子隧穿效应来出现物质外表的原子级特性；而原子力显微镜，则是运用了原子之间的效果力。

跟着核算机功能的迅猛发展，科学家们还运用“第一性原理核算”来研讨杂乱系统的根本性质。将扫描隧道显微镜、原子力显微镜和第一性原理核算相结合，已成为科学家在原子、分子层次研讨外表物理和化学进程的强有力手法。

有机分子的活化“挑选”

有机分子的可控挑选性功能化对在原子标准完结低维资料的精准结构具有重要意义。活化分子，是指将分子从基态转变成容易发作化学反响的活泼状况。被活化的分子之间彼此磕碰，才会发作化学反响。

对分子中的不同官能团进行活化，所需求的能量是不同的。而关于分子中的类似基团而言，将它们活化所需求的活化条件几乎是相同的。这些类似的基团散布在分子中的不同方位，活化其间恣意一个并发作化学反响，往往会得到性质天壤之别的产品。怎么针对性地对其间一个基团进行活化，继而得到预设的产品，是传统化学组成中的一个历史性难题。

关于一个对称的分子，处在等价方位上的基团是彻底相同的，所以称之为等价基团。对这些等价的基团进行有挑选的活化看似是一个不或许完结的使命。已然传统的化学组成办法完结不了，不如换一条路走。

外表组成，是近年来备受重视的一种组成办法。运用金属单晶外表的催化和限域效应，组成出了很多传统湿法化学办法所无法组成的低维功能性纳米资料。那么，是否能够运用金属外表对有机分子中的等价基团进行挑选性的活化呢？ 

用铜，“逼着”对称分子做出“挑选”

最近，中科院物理所、苏州大学和德国吉森大学的科学家们在一个对称分子做了活化“挑选”的试验。这个对称分子是4，4″二氨基对三联苯（DATP）分子，它长成下面这样↓↓

科学家把DATP分子放在铜Cu（111）外表上，然后发现，DATP分子吸附在Cu（111）外表上时会出现对称性的破缺。这时DATP分子中本来等价的两个氨基出现了结构和电子性质的差异，挑选性的活化其间一个成为了或许。

镜面对称的DATP分子在Cu（111）外表上吸附时，分子长轴沿着[11-2]及其等价晶向方向，分子一端出现含糊的特征，分子的镜面对称被打破，使得两头的氨基不等价（图1）。

图1 原子力显微镜图画中，DATP分子在Cu（111）外表的不对称吸附构型。

DATP分子与Cu（111）是晶格失配的。能够这么了解，爸爸牵着小朋友走路，DATP分子的长度就好像爸爸的步长，而Cu的晶格就是小朋友的步长，两个人的步长一大一小，一直无法匹配。

这种晶格失配使得DATP分子内两个等价的氨基官能团吸附在铜外表的不同方位，一端吸附在铜原子的顶位（），另一端吸附在表层Cu原子的空心位（f）（图2）。

图2 DATP分子在Cu（111）外表的第一种不对称的吸附构型。

一起，科学家发现，吸附在顶位（）的氨基比较另一端的氨基与铜外表的间隔更近，与外表的彼此效果更强，因而活化程度更强，使其在针尖的影响下出现非稳态特征，而且优先与2-三亚苯甲醛（TPCA）分子以氢键结合（图3）。

图3 DATP和TPCA分子的自拼装。

DATP分子与Cu（111）外表的晶格失配引起的分子不对称吸赞同特定官能团的活性增强，为对称分子中等价基团的挑选性功能化供给了一种广泛运用的途径，为外表上的不对称化学反响供给了一条新的思路，也让咱们在原子、分子层面有了更进一步的了解和知道。

相关效果宣布在 Nature Communication（2018， 9， 3277）上。