手性材料因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，在對(duì)映選擇性合成、不對(duì)稱(chēng)催化、手性光學(xué)器件及手性藥物研發(fā)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，如何高效而精準(zhǔn)地分析手性晶相的組成是理解和調(diào)控其性能的關(guān)鍵。近日，上海科技大學(xué)物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院馬延航團(tuán)隊(duì)提出了兼具定性與定量的手性晶體粉末高通量分析方法。相關(guān)成果以“Quantification of enantiomorphs in chiral crystalline powders through three-dimensional electron diffraction”為題，發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然-化學(xué)》（Nature Chemistry）。

本工作提出了一種自動(dòng)串行三維電子衍射（serial 3D ED）方法，并結(jié)合自主研發(fā)的電子衍射強(qiáng)度模擬技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)晶態(tài)粉末材料的物相鑒定與手性分析（圖1）。該方法包括兩個(gè)核心步驟：（1）serial 3D ED自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集，在TEM載網(wǎng)上自動(dòng)定位大量晶體，并依次獲取其形貌與衍射信息；可在數(shù)小時(shí)內(nèi)完成數(shù)百套單晶衍射數(shù)據(jù)的采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)粉末樣品的全面采樣。（2）高通量絕對(duì)結(jié)構(gòu)測(cè)定，基于單晶電子衍射數(shù)據(jù)進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)解析和運(yùn)動(dòng)學(xué)精修，并結(jié)合動(dòng)力學(xué)模擬，實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)晶體手性的準(zhǔn)確測(cè)定；進(jìn)一步將判定結(jié)果與晶體形貌相結(jié)合，即可完成對(duì)粉末樣品的對(duì)映體組成的定量分析。

圖1. 高通量晶體手性測(cè)定方法的流程示意圖。

基于這一方法，作者研究了由手性青霉胺（Pen）配體合成的碲（Te）納米手性晶體（圖2），發(fā)現(xiàn)手性配體并非直接控制產(chǎn)物手性，而是通過(guò)選擇性促進(jìn)某一對(duì)映體的成核與生長(zhǎng)，進(jìn)而導(dǎo)致對(duì)映體不對(duì)稱(chēng)分布。此外，該方法還成功用于手性藥物晶體辛可寧（cinchonine）的定量分析，進(jìn)一步驗(yàn)證了其普適性與可靠性。本工作不僅實(shí)現(xiàn)了手性晶態(tài)材料的精準(zhǔn)結(jié)構(gòu)解析與定量分析，也為手性材料的可控合成提供了科學(xué)基礎(chǔ)。

圖2. 手性配體對(duì)碲晶體對(duì)映體含量的影響。

上?？萍即髮W(xué)物質(zhì)學(xué)院馬延航課題組博士畢業(yè)生胡俊逸、博士后董卓雅為共同第一作者，碩士畢業(yè)生楚朝陽(yáng)為共同作者，馬延航教授為通訊作者。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41557-025-01950-5