Chirale moleculen zijn spiegelbeelden van elkaar. Ze zijn niet over elkaar heen te leggen en spelen een cruciale rol in geavanceerde materialen en technologieën. Echter, er waren geen betrouwbare theoretische systemen voor het ontwerp en de synthese van chirale materialen. Deze systemen hadden zich slechts geleidelijk ontwikkeld, met chemici die vooruitgang boeken bij het ontwerpen en synthetiseren van chirale materialen op basis van hun intuïtie.

Een onderzoeksgroep onder leiding van Tadashi Mori van de Universiteit van Osaka heeft twee hexahelicenen (Figuur 1) in verschillende richtingen uitgelijnd, theoretisch onderzocht, en stelde voor dat S- en X-vormig dubbel hexahelicene uitgelijnd in juiste symmetrie een sleutel waren om de eigenschappen van helicenen te verbeteren. De onderzoekers synthetiseerden vervolgens dubbele hexahelicenen om hun verbeterde chiroptische eigenschappen als chirale materialen aan te tonen:circulair dichroïsme (CD) en circulair gepolariseerde luminescentie (CPL). Hun onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in Communicatiechemie .

Ze hebben meerdere chirale hexaheliceeneenheden uitgelijnd om grondig te onderzoeken hoe hun chiroptische eigenschappen zouden worden verbeterd door kwantumchemische berekeningen. (Figuur 2) De resultaten suggereerden dat chiroptische prestaties werden verbeterd in S- en X-vormige helicenen uitgelijnd in juiste symmetrie.

De onderzoekers onderzochten ook het aantal moleculen dat uitgelijnd moest worden en de ruimte tussen moleculen en vonden de mogelijkheid dat dubbele helicenen, waarin twee helicenen worden samengevoegd, ideale chirale materialen kunnen worden.

Op basis van de hierboven genoemde discussie, gebruikmakend van X- en S-vormige ongerepte dubbele hexahelicenen (DNH en DPC) als representatieve moleculaire modellen, deze groep synthetiseerde beide dubbele hexahelicenen, die een drastische verbetering van hun chiroptische eigenschappen aantonen. (Figuur 3)

Ze probeerden te bepalen welke factoren chiroptische reacties beheersen en ontdekten dat zowel de intensiteit als de oriëntatie van de elektrische en magnetische overgangsdipoolmomenten van de moleculen belangrijk waren.

Deze groep demonstreerde een nieuw logisch protocol voor het ontwerpen van chirale materialen:hoe moleculen rationeel uit te lijnen en te ontwerpen. Door strategieën te gebruiken die verder gaan dan conventionele manieren van materiaalontwikkeling die gebaseerd waren op de intuïtie van onderzoekers, de groep verbeterde de materiaalontwikkelingskosten drastisch. Gepolariseerd licht kan worden gebruikt voor optische informatietechnologie van de volgende generatie, dus deze studie zal de technische innovatie versnellen in de ontwikkeling van geavanceerde materialen voor 3D-displays en endoscopen in medische toepassingen, evenals beveiligingsverf op het gebied van informatie en communicatie.