Chirality, a basic property of nature, can be observed everywhere, from atomic to galactic scales. Especially in living systems, chirality plays an important role in biological activities, from medicinal functionality to protein folding. Therefore, research that reveals the origin of chirality have been drawing attention. Interestingly, some achiral molecules can form chiral self-assembled structures by symmetry breaking. This dissertation deals with formation of a chiral self-assembled structures from achiral molecules by symmetry breaking of achiral triphenylamine molecules through external stimuli. The structural and thermodynamic analysis of the formed self-assembled structures provides an understanding of the scale and dimensional effect of the chiral external stimuli and the influence of the intramolecular functional groups.
In chapter 2 of this dissertation, three triphenylamine molecules according to the number of hydrogen bonds are synthesized and then a chiral self-assembled structure was induced with circularly polarized light to investigate how hydrogen bonds affect the structure of the chiral self-assembled structures. As hydrogen bonds increased, the stabilization energy and rotation angle increased. These results reveals that intramolecular interaction and structural formation by hydrogen bonds play an important role in forming a helical chiral self-assembled structure using circularly polarized light to the achiral monomers.
In chapter 3 of this dissertation, the formation of a chiral self-assembled structures of achiral triphenylamine derivatives in aromatic solvents by shear force and circularly polarized light are studied. Self-assembly are performed under the same pathway, and it was found that the direction of the helical chiral self-assembled supramolecules was controlled by the direction of external stimuli. By examining the morphology and thermodynamic stability of the formed supramolecular fibers, qualitatively analysis was attempted based on the dimension and scale effect of the shear force and circularly polarized light. This study provides understanding of the origin of homochirality in nature by demonstrating that the same molecules prepared under the same conditions but with external stimuli having different scale adopt a different chirality dimension.
In chapter 4 of this dissertation, the chiral amplification of achiral molecules through a trace amount of chiral molecules based on amino acids was investigated by synthesizing and assembling achiral and chiral triphenylamine molecules together.
자연의 기본 성질인 키랄성은 원자 수준에서 은하 수준까지 다양한 규모를 가지고 모든 곳에서 관찰될 수 있다. 이러한 키랄성은 특히 생물 시스템에서 의학적 기능성부터 단백질 접힘에 이르기까지 생물학적 활동에 중요한 역할을 하기 때문에 키랄성의 근원을 밝히는 연구가 많은 관심을 받고 있다. 일부 비키랄 분자는 외부 자극에 의해 대칭성을 깨며 키랄 자기 조립 구조를 형성할 수 있다. 본 학위논문에서는 외부 자극을 통해 비키랄 트리페닐아민 분자들의 키랄 대칭성을 깨며 키랄 자기조립체를 형성하는 현상을 다루며 형성된 자기조립체의 구조적, 열역학적 분석을 통해 키랄 외부 자극들의 규모와 차원에 대한 영향과 분자 내 작용기의 영향을 이해하고자 하였다.
본 학위논문의 2장에서는 수소결합 개수에 따른 세 개의 트리페닐아민 분자를 합성한 뒤 원편광을 통해 키랄 자기조립체를 형성함으로써 수소결합이 키랄 자기조립체의 구조체에 어떠한 작용을 하는 지 조사하였다. 수소결합이 증가함에 따라 안정화 에너지와 회전 각도는 더 커졌다. 이러한 결과는 비키랄 단량체의 원편광을 사용한 나선형 키랄 자기 조립체를 형성하는데 수소결합에 의한 분자 내 상호작용과 구조 형성이 중요한 역할을 한다는 것을 나타낸다.
본 학위논문의 3장에서는 비키랄 트리페닐아민 유도체의 방향족 용매하에서의 전단력과 원편광을 사용한 키랄 자기조립체를 형성하는 것에 관한 연구를 진행하였다. 동일한 합성 경로를 통해 자기 조립이 진행되었고 각 자극에 의해 키랄성 자기조립체 섬유의 방향이 조절되었다. 형성된 자기조립체 섬유의 형태와 열역학적 안정성을 조사함으로써, 외부 자극인 전단력과 원편광의 차원과 규모를 정성적으로 분석할 수 있었다. 이 연구는 동일한 조건에서 준비된 동일한 분자가 다른 외부 자극을 가할 때 다른 차원의 키랄 자기조립체를 채택한다는 것을 보여줌으로써 자연에서 생성되는 키랄성의 기원을 밝혀준다.
본 학위논문의 4장에서는 아미노산을 기반으로 하는 비키랄성 트리페닐아민 분자와 키랄 트리페닐아민 분자를 합성하여 혼합물의 자기조립을 유도하면 미량의 키랄 분자를 통해 비키랄 분자의 키랄성 조립을 증폭시키는 현상을 조사하였다
