这项工作考察了电子自旋和分子手性对称性之间的基本关系。电子的自旋是一种纯粹的量子力学性质，它规定了它的固有角动量。电子自旋的一个常见的经典类比是用一个儿童玩具来描述它，一个旋转的陀螺。就像陀螺可以顺时针或逆时针旋转一样，电子也有两种自旋状态，称为“自旋向上”和“自旋向下”。手性分子是生命的基石。手性是对称的名称，起源于希腊语“cheir”，意为手。的确，人类的手表现出手性对称;也就是说，单个手没有镜像对称，但我们的右手和左手之间存在镜像对称。用更精确的语言来说，我们的两只手被称为彼此的对映体。类似地，手性分子被称为右手对映体或左手对映体。

图1所示。A)示意图说明了在与另一个分子相互作用之前，一个分子中没有偶极矩的电子分布(蓝色云)。在这种情况下，分布是对称的。B)这张图说明了当两个分子通过色散力相互作用时的电子分布。这种相互作用导致电子分布不对称，从而在每个分子中产生“感应偶极子”。这种电荷极化引起“感应偶极子感应偶极子”相互作用。C)该图说明了具有相同手性的两个分子的诱导偶极相互作用。当电荷q从分子的一边转移到另一边时，它会在两个分子中产生相同自旋的自旋极化(用红球和黑色箭头表示)。因此，留下的电子密度具有相反的自旋极化，因此分子之间的相互作用以两个相反的自旋为特征，如虚线圈-单线态区域所示。D)当两个相互作用的分子具有相反的手性时，分子之间的相互作用表现为两个相互平行的自旋(在虚线圈-三重态区域)。

虽然人工分离同一分子的两种不同对映体是困难的，但在《自然》中，这一过程是有效的。本研究提出了一种理解这种效率的新机制。它是基于先前的工作，即电子通过手性分子的运动效率取决于它们的自旋。在许多生物过程中，分子之间的相互作用是由分子中的电子重组引起的，就像施加外电场时发生的那样。我们发现手性分子中的电荷重组伴随着与位移电荷相关的自旋极化。这种自旋极化所施加的对称约束可能解释了对映体选择性。计算表明，这对具有相同手性的两个分子的相互作用能的贡献可以与热能相媲美。

罗恩乃缦¹，大卫·h·沃尔德克^2
1魏茨曼研究所化学与生物物理系，以色列雷霍沃特
²美国匹兹堡大学化学系，美国宾夕法尼亚州匹兹堡15260

出版

手性诱导的自旋极化对生物分子相互作用施加了对称性约束。
Kumar A, Capua E, Kesharwani MK, Martin JM, Sitbon E, Waldeck DH, Naaman R
中国科学院学报2017年3月7日

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