発表者
向井 優一（戸部研）
指導教官
戸部 義人
Title
Amplification of chirality in two-dimensional enantiomorphous lattices
Abstract
The concept of chirality dates back to 1848, when Pasteur manually separated left-handed from right-handed sodium ammonium tartrate crystals. Crystallization is still an important means for separating chiral molecules into their two different mirror-image isomers (enantiomers), yet remains poorly understood. For example, there are no firm rules to predict whether a particular pair of chiral partners will follow the behaviour of the vast majority of chiral molecules and crystallize together as racemic crystals, or as separate enantiomers. A somewhat simpler and more tractable version of this phenomenon is crystallization in two dimensions, such as the formation of surface structures by adsorbed molecules. The relatively simple spatial molecular arrangement of these systems makes it easier to study the effects of specific chiral interactions; moreover, chiral assembly and recognition processes can be observed directly and with molecular resolution using scanning tunnelling microscopy. The enantioseparation of chiral molecules in two dimensions is expected to occur more readily because planar confinement excludes some bulk crystal symmetry elements and enhances chiral interactions; however, many surface structures have been found to be racemic. In this paper, the authors show that the chiral hydrocarbon heptahelicene on a Cu(111) surface does not undergo two-dimensional spontaneous resolution into enantiomers, but still shows enantiomorphism on a mesoscopic length scale that is readily amplified.
概要
キラリティーの概念は、パスツールが酒石酸アンモニウムナトリウムの右旋性結晶と左旋性結晶とを手作業で選り分けた１８４８年にさかのぼる。結晶化は今もなおキラル分子を２つの異なる鏡像異性体（エナンチオマー）に分離する重要な手段であるが、依然として解明が進んでいない。たとえば、特定の１対のキラルパートナーが大半のキラル分子の挙動に従ってラセミ結晶として共に結晶化するのか、別々のエナンチオマーとして結晶化するのかを予測する確固たる法則はない。この現象をやや単純化して取り扱いやすくしたのが、吸着分子による表面構造との形成といった、二次元の結晶化である。こうした系は分子の空間的配列が比較的単純なので、特定のキラル認識過程を、走査型トンネル顕微鏡法によって分子分解能で直接観察できる。平面に限定することによりバルク結晶の対称要素の一部が除外されキラル相互作用が促進されるので、二次元ではキラル分子の鏡像異性体分離は起こりやすいと予想される。しかし、これまでに多くの表面構造はラセミ結晶であることが見いだされている。今回の論文では、Cu(111)表面上にあるキラル炭化水素ヘプタヘリセンが、二次元上では自発的にエナンチオマーに分離することはないが、メゾスコッピクスケールでは容易に増幅される鏡像異性を示すことを報告している。
Reference
Roman Fasel, Manfred Parschau and Karl-Heinz Ernst, Nature,439,449(2006)