Kirala molekyler är spegelbilder av varandra. De kan inte läggas över varandra och spelar en avgörande roll i avancerade material och teknologier. Dock, det hade inte funnits några tillförlitliga teoretiska system för design och syntes av kirala material. Dessa system hade bara utvecklats gradvis, med kemister som gör framsteg när det gäller design och syntes av kirala material baserat på deras intuition.

En forskargrupp ledd av Tadashi Mori vid Osaka University anpassade två hexahelicener (Figur 1) i olika orienteringar, teoretiskt undersökt, och föreslog att S- och X-formad dubbel hexahelicen justerad i högersymmetri var en nyckel för att förbättra egenskaperna hos helicener. Forskarna syntetiserade sedan dubbla hexahelicener för att demonstrera deras förbättrade kirotiska egenskaper som kirala material:cirkulär dikroism (CD) och cirkulärt polariserad luminescens (CPL). Deras forskningsresultat publicerades i Kommunikationskemi .

De anpassade flera kirala hexahelicenenheter för att noggrant undersöka hur deras kirotiska egenskaper skulle förbättras av kvantkemiska beräkningar. (Figur 2) Resultaten antydde att kiroptiker prestanda förbättrades i S- och X-formade helicener inriktade i högersymmetri.

Forskarna undersökte också antalet molekyler som skulle justeras och utrymmet mellan molekylerna och fann möjligheten att dubbla helicener, där två helicener slås samman, kan bli idealiska kirala material.

Baserat på diskussionen ovan, använder X- och S-formade orörda dubbla hexahelicener (DNH och DPC) som representativa molekylära modeller, denna grupp syntetiserade båda dubbla hexahelicener, demonstrerar drastisk förbättring av deras kiroptitiska egenskaper. (Figur 3)

De försökte bestämma vilka faktorer som styr chiroptiska svar och fann att både intensitet och orientering av de elektriska och magnetiska övergångsdipolmomenten för molekylerna var viktiga.

Denna grupp demonstrerade ett nytt logiskt protokoll för att designa kirala material - hur man rationellt kan anpassa och designa molekyler. Genom att använda strategier bortom konventionella sätt för materialutveckling som baserades på forskarnas intuition, koncernen förbättrade drastiskt materialutvecklingskostnaderna. Polariserat ljus kan användas för nästa generations optiska informationsteknologi, så denna studie kommer att påskynda teknisk innovation i utvecklingen av avancerade material för 3-D-skärmar och endoskop i medicinska tillämpningar, samt säkerhetsfärg inom informations- och kommunikationsområden.