2023年5月15日，北京大学郭雪峰教授与内盖夫本古里安大学的Yonatan Dubi教授以及加利福尼亚大学洛杉矶分校的Kendall N. Houk教授合作在《Nature Chemistry》上发表题为“Real-time monitoring of reaction stereochemistry through single-molecule observations of chirality-induced spin selectivity”的研究成果。报道了在单个分子中迈克尔加成、质子转移和酮-烯醇互变异构过程中手性变化的直接监测。通过单分子结的连续电流测量，研究团队能够追踪反应过程中的手性变化，为探索手性在反应机制中的作用提供了新思路。
提出质疑科学总是那么的奇妙，也需要质疑的碰撞，这才证明科学的意义在于突破，在于不同观点中寻找属于自己的论点，也在于来回驳斥，从而推动科学的进步。2024年9月23日，Venkataraman和Ruitenbeek在《Nature Chemistry》中发表了对郭雪峰教授等人先前工作的质疑，提出了一系列反对意见。具体来说，先前工作中，郭雪峰教授等人声称通过测量流经石墨烯基分子器件的电流波动，在冷冻溶剂中发生了具有16kcalmol⁻¹能量障碍的选择性迈克尔加成反应。然而，文章中存在严重的科学错误，削弱了他们的结论。此外，Venkataraman和Ruitenbeek指出了多个问题，包括器件制作中的缺陷、缺乏充分的表征、理论与实验之间的差异、非弹性电子隧穿谱（IETS）的不可靠性，以及将噪声误解为反应证据的情况。这些质疑无疑对研究团队造成了压力，但同时也为进一步的验证提供了动力。
正面回应面对这些质疑，郭雪峰教授团队及合作者在同期《Nature Chemistry》上发表了回应文章，题为“Reply to: Questioning claims of monitoring the Michael addition reaction at the single-molecule level”。文章强调了几项关键点，充分证明了先前研究的有效性和可靠性。1. 研究方法的再阐述文章详细阐述了实验设计的合理性，包括样品制备、设备设置和数据处理的细节。这些补充信息不仅增加了研究的透明度，也增强了其可重复性。研究团队重申了通过电流测量监测手性变化的方法的独特性，强调了其在单分子层面上取得的成果。2. 针对质疑的逐一回应对于Venkataraman和Ruitenbeek的质疑，郭教授团队逐一进行了反驳。首先，他们指出，器件的制作过程中采用了严格的标准和规范，确保了设备的可靠性。此外，团队提供了额外的数据支持，表明实验结果并非偶然，而是由合理的理论和实验基础所支撑。 3. 数据可靠性与科学严谨性郭教授团队强调了在数据分析中采用的多重验证策略，包括与其他实验结果的比较，以及与理论模型的吻合度。团队在文中详细介绍了其研究结果的统计显著性，证明了手性变化的监测不是由于实验噪声，而是真实的化学反应信号。
有力证据在对Venkataraman和Ruitenbeek的评论进行回应时，郭雪峰教授团队等人强调了他们在研究中所采用的理论模拟方法的有效性。他们指出，尽管基于密度泛函理论（DFT）的计算存在系统误差，但不同配置间电流的差异依然能在计算中体现出一致性。这一发现对于理解反应过程中化学物种的行为至关重要。具体而言，研究团队采用了DFT非平衡格林函数（NEGF）计算传输函数的方法，并进行了相应的误差修正。他们强调，所用的修正因子能够有效对齐计算的反应物状态与实验数据，进一步证实了模型的合理性。此外，作者还展示了在进行高分辨率非弹性电子隧穿谱（IETS）测量时，所采用的实验条件足以保证数据的可靠性，驳斥了对其有效性的质疑。对于手性变化的监测，杨晨等人阐明了其研究所采用的实验设置和测量技术，特别是如何利用自旋阀配置量化不同对映体对外加电压的反应。通过温度调节，研究者能够更好地探究CISS效应的物理机制，并提供了新的实验数据，支持CISS效应的起源假设。 最后，作者总结了他们的研究贡献，重申了CISS效应在手性监测中的应用潜力。这些成果不仅为理解手性诱导现象提供了新证据，还为未来的研究提供了新的方向，尤其是在探索分子连接处手性变化的机制方面。图1：温度依赖性电流记录 左：在 300 K 和 0.3 V 下单分子迈克尔加成的实时监测。右：在去除反应物和碱后，以 -0.2 K s⁻¹ 的冷却速率实时监测暴露的马来酰亚胺。未观察到明显的电流随机切换。 文献信息：1. Yang, C., Li, Y., Zhou, S. et al. Real-time monitoring of reaction stereochemistry through single-molecule observations of chirality-induced spin selectivity. Nat. Chem.15, 972–979 (2023). https://doi.org/10.1038/s41557-023-01212-22.Venkataraman, L., van Ruitenbeek, J. Questioning claims of monitoring the Michael addition reaction at the single-molecule level. Nat. Chem. (2024). https://doi.org/10.1038/s41557-024-01631-93.Yang, C., Houk, K.N., Dubi, Y. et al. Reply to: Questioning claims of monitoring the Michael addition reaction at the single-molecule level. Nat. Chem. (2024). https://doi.org/10.1038/s41557-024-01632-8