“钨”“键”不摧:Macmillan课题组Nature报道光致氧化还原催化新突破

副标题:光致氧化还原-过渡金属三重催化策略活化惰性烷烃C-H键 提到光致氧化还原催化,很多人自然会想到美国普林斯顿大学的有机化学家David W. C. MacMillan教授。作为现代光致氧化还原催化的开创者之一,MacMillan教授在该领域取得了很多令人印象深刻的成果。从2008年光致氧化还原-有机小分子双重催化(图1)到2014年光致氧化还原-过渡金属双重催化(图2),到2015年光致氧化还原-有机小分子-有机小分子三重催化(图3),再到2016年光致氧化还原-有机小分子-过渡金属三重催化(图4),从光敏催化剂Ru到Ir,从小分子亚胺/烯胺催化剂到氢原子转移催化剂硫醇、奎宁环,从过渡金属催化剂Ni到Cu,从自由基加成、取代反应到自由基-自由基结合反应,再到自由基偶联反应,从C-C键到C-O、C-N键的形成,毫无疑问,在过去的十年中,MacMillan教授一直引领着光致氧化还原催化研究领域的发展,他的每一次新发现都预示着一个全新的研究方向。 图1. Macmillan发展的光致氧化还原-有机小分子双重催化的代表作。图片来源:Science, 2008, 322, 77 图2. Macmillan发展的光致氧化还原-过渡金属双重催化的代表作。图片来源:Science, 2014, 345, 437 图3. Macmillan光致氧化还原-有机小分子-有机小分子三重催化代表作。图片来源:Science, 2015, 349, 1532-1536; Nat. Chem., 2017, 9, 1073-1077 图4. Macmillan发展的光致氧化还原-有机小分子-过渡金属三重催化的代表作。图片来源:Science, 2016, 352, 1304 近日,Macmillan教授团队又报道了他们通过光致氧化还原-过渡金属三重催化策略实现惰性烷烃C-H键活化/官能化的最新进展(图5)。该项工作中,Macmillan教授团队在他们的光致氧化还原催化体系中首次使用双功能催化剂——十聚钨酸盐[W10O32]4-,该物质既作为光敏剂促进单电子转移催化循环,又作为氢转移催化剂实现C-H键活化断裂产生烷基自由基,最终通过Ni催化的交叉偶联反应捕获烷基自由基完成C-H键芳基化。相关成果发表在Nature 上。 图5. 光致氧化还原-镍三重催化策略活化惰性烷烃的C-H键。图片来源:Nature 光致氧化还原-过渡金属催化惰性脂肪C-H键的活化/官能化 借助光致氧化还原-过渡金属协同催化的策略,若干惰性脂肪C-H键的活化/官能化反应可以在十分温和的条件下实现。在这一方面,Macmillan教授主要开发了光-氢原子转移-镍三重催化交叉偶联的方法(图6a),其中氢原子转移催化剂为奎宁环,它在光敏剂Ir的协助下形成活性阳离子铵自由基,随后攫取脂肪碳上的氢原子产生碳自由基,而Ni催化剂则可以将碳自由基捕获发生偶联反应,并在光敏剂Ir的协助下实现活性Ni催化剂的再生。目前,该策略可以利用C(sp3)-H键作为亲核试剂前体实现C-C键构建,并可广泛应用于α-氨基、α-烷氧基和苄基C-H键的直接芳基化。另一方面,Doyle教授和Molander教授分别借助Cl(图6b)或Br原子自由基攫取的光-镍双重催化模式实现了α-烷氧基甚至烷烃(仅环己烷1例)C-H键的直接芳基化,该反应中卤代芳香烃与金属镍的氧化加成产物在光激发下均裂形成卤原子自由基,进而引发C-H键官能化。尽管如此,如何使用光-过渡金属协同催化策略解决更为棘手的惰性烷烃C-H键活化转化仍面临着不小的挑战。 图6. 光致氧化还原-镍协同催化惰性脂肪C-H键的芳基化。图片来源:Nat. Rev. Chem., 2017, 1, 52 兼具单电子转移和氢原子转移能力的双功能光敏剂——十聚钨酸盐[W10O32]4- 十聚钨酸盐[W10O32]4-,简称“十钨”,是由高价态过渡金属钨离子通过氧原子桥连形成的一类多核簇合物。“十钨”参与光催化反应在有机合成中的应用始于上世纪80年代中期(图7),其光催化活性源于与TiO2等半导体氧化物相似的结构组成和电子属性。“十钨”中W-O-W桥氧键上氧原子的2p电子被光激发后,跃迁到金属W的5d空轨道,随后O原子上的光生空穴通过攫取烷烃中的H原子及其电子产生碳自由基,而金属W上的光生电子可被其他受体捕获,从而实现“十钨”的再生,并催化一系列烷烃C-H键的自由基转化反应(图8)。 图7. “十钨”光催化烷基C-H键的断裂-自由基转化。图片来源:Chem. Soc. Rev., 2009, 38, 2609 图8. “十钨”光催化烷烃C-H键断裂的转化机理。图片来源:Chem. Soc. Rev., 2009, 38, 2609 钨-镍三重催化烷烃C-H键活化芳基化的设想 基于此,作者设想(图9)1-[W10O32]4-受到光的激发生成激发态2-*[W10O32]4-,随后攫取烷烃3中的H原子及其电子形成烷基自由基5和单电子还原产物4-[W10O32]5-H+,4-[W10O32]5-H+发生歧化反应再生1-[W10O32]4-,并进入下一次氢原子攫取的催化循环。另一方面,歧化反应中的还原产物6-[W10O32]6-2H+通过两次单电子转移将起始的二价镍催化剂还原为零价镍7,7完成亲核性烷基自由基5与亲电性卤代芳香烃的偶联反应生成产物11,并得到一价镍催化剂12,12再经6-[W10O32]6-2H+的单电子还原再生零价镍7,进入下一次偶联催化循环。 图9. “十钨”/镍三重催化烷烃C-H键活化断裂芳基化的设想。图片来源:Nature 作者使用5-溴-2-三氟甲基吡啶和正己烷作为模板底物对反应的条件进行了摸索,最终发现,反应以1 mol%“十钨”的四正丁基铵盐作为氢转移催化剂、光敏催化剂,5 mol%的Ni(dtbbpy)Br2作为金属偶联催化剂,1.1当量的磷酸钾作为碱,乙腈作为溶液,在近紫外光的作用下能以70%的产率生成C-H键芳基化的产物。进一步的考察表明(图10-12),反应不仅具有广泛的底物适用范围,还可用于各种药物分子中芳基碳-卤键和天然产物中脂肪C-H键的后期修饰。 图10. 脂肪C-H键活化的适用范围。图片来源:Nature 图11. 卤代芳香烃底物的适用范围。图片来源:Nature 图12. 天然产物中脂肪C-H键的芳基化。图片来源:Nature 总结 自2008年光致氧化还原催化真正兴起以来,光催化引发的研究兴趣呈指数级增长,每年出版物中大多数都是光致反应。该过程的核心通常是可以捕获可见光光子的光敏铱或钌有机金属物种,通过可控的单电子转移方式——攫取或释放电子来产生活性的自由基物种,从而实现不同物质的结合。而现在,Macmillan教授让我们再一次认识到,除了单电子转移,光敏金属催化剂还有更多用途,通过使用可攫取氢原子的十聚钨酸盐[W10O32]4-作为光敏剂,结合金属镍催化剂,他们成功实现了惰性烷烃C-H键的活化芳基化。这无疑是一项激动人心的成果,相信在Macmillan教授工作的推动下,光致氧化还原催化能够帮助人们完成越来越多以前不可能完成的反应。 原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文): Direct arylation of strong aliphatic C–H bonds Nature, 2018, 560, 70, DOI: 10.1038/s41586-018-0366-x

来源: X-MOL 2018-08-19
syncut发布于2018-08-20  2
那个钨做光敏剂P. Melchiorre在2016的nature里面就用过了Nature 2016, 532, 218-222.
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羔羊---东发布于2018-08-20  0
这篇写的很好,赞!
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杂原子作用对于钙钛矿太阳能电池空穴传输材料的影响

太阳能电池是解决当前全球“能源危机”方法中很有希望的一种,科学家们一直在寻找更有效的光伏材料,以提高太阳能电池器件的效率、稳定性,并降低成本。基于有机无机金属卤化物钙钛矿材料的太阳能电池的光电转换效率已经突破了23%,接近市场上的传统硅基太阳能电池。而且钙钛矿太阳能电池具有传统电池无法比拟的优势,例如带隙可调、双极电荷传输、良好的光吸收、成本低廉等。不论是平面异质结的钙钛矿电池还是介孔结构的钙钛矿电池,界面电荷选择性接触材料对于获得高效率及高稳定性都是关键。虽然许多空穴传输材料被开发出来,但是至今它们的分子结构与电荷传输性能之间的关系却并不明确。 近期,瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)Mohammad Khaja Nazeeruddin博士(点击查看介绍)领导的一个跨国研究团队设计合成了三种不含硫的新型星形空穴传输材料(HTM),分别包含苯并三吡咯、苯并三呋喃和苯并三硒吩三种核,每种分子都连有三个臂状三苯胺单元(BTP-1、BTF-1和BTSe-1,图1),并且应用在了钙钛矿太阳能电池中。他们系统地研究了含杂原子的中心骨架对HTM材料电化学和光物理性质以及光伏性能的影响,并与其富含硫的类似物(BTT-3)进行了比较。 图1. 拥有C3对称核的空穴传输材料的化学结。图片来源:Adv. Funct. Mater. 相关材料的电化学及光学性质研究表明,BTF-1、BTSe-1、BTT-3的HOMO能级相近,分别是−5.38 eV、−5.37 eV、−5.37 eV。其中,BTP-1展示了最大的给体特征,由于吡咯的作用,BTP-1展现了较浅的HOMO能级,只有−5.05 eV。BTF-1、BTP-1、BTSe-1三种材料都具有与混合钙钛矿的价带较匹配的HOMO值,这确保了从钙钛矿到空穴传输材料有效的空穴注入。 图2. 四种材料的CV曲线及吸收曲线。图片来源:Adv. Funct. Mater. 表1. 材料的电化学及光学参数。图片来源:Adv. Funct. Mater. 从图3a可以看出,各个材料之间能级都形成了非常好的阶梯状排布,这可以实现较好的电荷转移。作者使用这些空穴传输材料制备了钙钛矿太阳电池,并测试了这些电池器件的性能。 图3.(a)钙钛矿电池各个材料的能级示意图,(b)钙钛矿电池的截面电镜示意图。图片来源:Adv. Funct. Mater. 相关钙钛矿器件的参数如图4和表2所示。其中,基于BTSe-1的器件具有18.5%的光电转换效率,主要是由于填充因子及短路电流密度较高。基于BTF-1的器件的效率略低,其性能与基于传统spiroOMeTAD材料的相关器件的性能类似。而基于BTP-1的器件性能却明显降低,只有15.5%,而且迟滞现象明显,这主要是由于中间的结构更加拥挤且具有更高的重组能,这使得电荷抽取/传输更加困难,使得填充因子降低。BTF-1更高的开路电压要归因于BTF-1所具有的更深的HOMO能级。基于BTF-1与BTSe-1的器件,展现出了与基于BTT-3器件相似的性能。 图4.(a)电流-电压曲线,(b)电导测试曲线。图片来源:Adv. Funct. Mater. 由于空穴传输材料的性能与电导有直接相关的关系,如图4b所示,作者测试了几种材料的电导。BTP-1、BTF-1、BTSe-1及BTT-3的电导数值分别是1.16 × 10-4、 1.03 × 10-4、7.88 × 10-5 以及2.11 × 10-4 S cm-1。电导数值比较类似,这说明器件性能不只与空穴传输材料测试的电导有关,重组能与电子耦合都是需要着重考虑的因素。 表2. 器件参数表。图片来源:Adv. Funct. Mater. 小结 本文作者通过含有几种不同杂原子的空穴传输材料应用于钙钛矿电池器件,分析了不同杂原子对材料光学及电化学性能的影响。含有O原子的空穴传输材料表现出了最优的性能,这可能是由于O原子上的孤对电子与钙钛矿发生作用。这一结论为以后设计空穴传输材料提供了很多借鉴,而且也展示出含有S与O的空穴传输材料在将来工业生产中的潜力。 原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文): Heteroatom Effect on Star-Shaped Hole-Transporting Materials for Perovskite Solar Cells Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1801734, DOI: 10.1002/adfm.201801734 导师介绍 Mohammad Khaja Nazeeruddin http://www.x-mol.com/university/faculty/2752

来源: X-MOL 2018-08-19

Pateamine A 及DMDA-Pat A的催化不对称全合成

天然产物Pateamine A 及其类似物DMDA-Pat A具有优异的体内抗癌活性。此外,在最近的小鼠试验中,发现Pateamine A能用于阻止恶病体质(cachexia,癌症或艾滋病所引起的致命性并发症,目前尚无治疗方法)所造成的肌肉萎缩。然而,该类重要的海洋天然产物来源非常有限,严重限制了对其生物活性的进一步研究。最近,德国马普煤炭所所长Alois Fürstner教授团队基于新颖的铁催化吡喃酮开环/偶联策略,高效地完成了Pateamine A 及DMDA-Pat A的催化不对称全合成。相关工作发表在J. Am. Chem. Soc. 上,第一作者为卓春祥博士。 图1. 天然产物Pateamine A 及其类似物DMDA-Pat A。图片来源:J. Am. Chem. Soc. 铁催化的化学在过去二十年内受到了越来越多的关注。除了廉价易得、环境友好和无毒的特点,这个地壳丰富的过渡金属为新化学的发现提供了很多机会。在最具代表性的交叉偶联领域,很多情况下,铁不仅能取代钯或镍催化剂,还能实现一些其他金属无法实现的催化反应。例如2-吡喃酮的开环/偶联反应。Fürstner教授团队在2013年实现了铁催化的2-吡喃酮的开环/偶联反应,高立体选择性地构建了容易异构化的2Z,4E-二烯酸结构(图2,Angew. Chem. Int. Ed., 2013, 52, 13071)。 图2. 铁催化的2-吡喃酮的开环/偶联反应。图片来源:Angew. Chem. Int. Ed. 基于该新颖的铁催化吡喃酮开环/偶联策略,针对Pateamine A 及DMDA-Pat A的合成,作者设计了如下逆合成分析(图3)。Pateamine A中对生物活性起到关键作用的容易异构化的2Z,4E-二烯酸结构(结构E中的红色部分)可以“编码”为稳定的杂环2-吡喃酮(结构F中的红色部分),并且只有在大环内酯化之前才通过铁催化的开环/偶联反应释放出来。这样的“内部保护基”策略使得该合成路线更具实用性和可规模化。此外,通过铁催化吡喃酮开环/偶联策略,可以方便地在C22位引入通过其他方法难以引入的各种基团,以用于Pateamine A类似物的多样性合成。 图3. Pateamine A 及DMDA-Pat A的逆合成分析。图片来源:J. Am. Chem. Soc. 然而,在合成的后期要实现铁催化的吡喃酮开环/偶联反应将面临着一系列挑战。一方面,在底物F中,铁催化必须要兼容多个不同的杂原子配位点;另一方面,C3位胺基或者酰胺的兼容性:a) 该基团容易消除;b) 该基团容易与C1的羰基一起作为双齿配体,使铁催化剂失活;c) 当格氏试剂攫取胺基上的质子后,所形成的盐将会使反应的选择性和速率受影响。 图4. 文献报道的Pateamine A多烯侧链引入的方法。图片来源:J. Am. Chem. Soc. 此外,之前Romo和Pattenden团队关于Pateamine A全合成的研究中,发现胺基上的保护基的选择性非常有限(图4)。由于Pateamine A中敏感的多烯结构,仅有TCBoc保护基才能在合成的末期能顺利脱除。然而,在作者提出的铁催化的路线中,含有多氯取代的TCBoc保护基将会碰到一些问题,因为烷基卤化物通常可以作为铁催化偶联反应的底物。 最后,分子中多烯侧链的引入也需要仔细考察(图4)。之前的全合成路线均使用Stille偶联反应来引入该侧链。然而,该反应的效率都非常低(27%和36%收率)。当使用C3无保护的伯胺底物时,该偶联反应不发生。作者认为使用其小组发展的改进的Stille偶联反应(Chem. Commun., 2008, 2873)将有望解决这些问题。 噻唑片断的催化不对称合成。Romo和Pattenden小组报道的两条Pateamine A的不对称合成路线主要依赖于手性底物和手性辅基的使用,Fürstner教授团队则使用了更为现代的不对称催化手段构建了分子中的所有手性中心。对于噻唑片断的合成(图5),作者使用了商业可得的二溴噻唑3为起始原料,通过与烯丙基溴化镁发生ene反应或者使用Knochel教授发展的区域选择性锌插入反应,均可以在C2引入烯丙基。随后使用Morken教授发展的Pt催化的双硼化/氧化策略,高对映选择性地获得了手性二醇(使用Sharpless双羟化反应,ee最高为65%)。值得一提的是,这是首例Pt催化的双硼化反应应用于含有杂环的底物。 图5. 噻唑片断的催化不对称合成。图片来源:J. Am. Chem. Soc. 随后,通过Suzuki偶联反应可以方便的在噻唑的4位引入共轭烯酯片断,生成13(图6)。作者通过使用铜催化的不对称1,4-还原,以非常优秀的非对映选择性实现了14中C5位手性甲基的构建(>25/1 dr,克级规模)。随后的Dibal-H还原,方便地将酯基转化为醛15。 图6. 噻唑片断的催化不对称合成。图片来源:J. Am. Chem. Soc. 随后,作者通过两种不同的催化不对称方法引入C3位的手性胺基(图7)。首先,作者使用Wulff教授发展的手性Boroxinate催化的aza-Cope重排反应,以优秀的收率和中等的非对映选择性(4/1 dr)得到手性高烯丙基胺21。为了获得更高的立体选择性控制,作者对文献进行了系统考察,发现在2016年,四川大学的钮大文教授团队报道了非常优雅的铱催化的不对称烯丙基化/aza-Cope重排串联反应,以优秀的收率和对映选择性得到手性高烯丙基胺。值得注意的是,包括噻唑甲醛在内的各种杂环芳香醛底物均能很好地应用于该策略中。受此启发,作者将该金属铱催化的“极翻转类型”不对称烯丙基化/aza-Cope重排串联反应应用于含有噻唑环的烷基醛底物15,反应以非常优秀的收率和非对映选择性获得高烯丙基胺25(88%四步收率,>25/1 dr)。随后的Lemieux−Johnson氧化和Pinnick氧化可以方便地将烯烃转化为羧酸26。 图7. C3位的手性胺基的催化不对称引入。图片来源:J. Am. Chem. Soc. 2-吡喃酮片断合成及大环的构建。通过Jacobsen发展的钴催化水解动力学拆分可以大量地合成光学纯的环氧丙烷(图8)。随后的炔基开环和Sonogashira偶联反应可以制得烯炔化合物30。随后使用Fürstner教授发展的金催化环化反应,可以区域专一性得到6-endo-dig关环产物31。通过与噻唑片断26缩合得到化合物32。在随后的铁催化反应(Fe(acac)3 (5mol %), MeMgBr, −30 ℃,文献最优条件),作者观测到了大量的C1酯基被格氏试剂进攻的副产物。在之前的方法学文章中,即使位阻很小的甲酯都能很好的兼容。可能的原因在于底物中的胺基与C1的羰基一起作为双齿配体与甲基镁或者铁配位,使其更倾向于进攻酯基而不是吡喃酮。幸运的是,通过将反应温度降低到−60 ℃,该副反应能被很好地抑制,以良好的收率和优秀的立体选择性得到吡喃酮开环/偶联产物33。随后的脱硅基和大环内酯化可以获得大环双内酯36。值得一提的是,使用改良过的含非亲核抗阴离子的Mukaiyama试剂,顺式双键的异构化可以被最大程度地抑制(Yamaguchi条件会导致大量的反式异构体生成)。 图8. 吡喃酮片断合成及大环的构建。图片来源:J. Am. Chem. Soc. 三烯侧链的引入及Pat A的全合成。通过DDQ氧化脱PMB、Parikh-Doehring氧化、Wittig反应和Takai反应可以高效地制得二烯基碘37(图9)。使用常规的TFA和TMSOTf/lutidine条件来脱除Boc保护基却碰到了底物的大量分解。幸运的是,当作者使用HCl的dioxane溶液在乙酸乙酯和水做溶剂的条件下,Boc可以顺利脱除生成铵盐38。该铵盐在改进的Stille偶联反应条件下能与烯基锡40发生偶联生成天然产物Pateamine A。然而这两步反应仅有40%的核磁收率,而且对于Pateamine A的分离也非常具有挑战性。于是,作者改变了这两步反应的顺序,先Stille偶联后脱除Boc。烯基碘37与烯基锡40在改进的Stille偶联反应条件下,以高达84%的收率得到Boc-Pateamine A(对比文献报道的类似反应,收率分别为27%和36%)。值得注意的是,最后Boc保护基可以在HCl(dioxane溶液)和乙酸乙酯/水做溶剂的条件下顺利脱除(之前文献报道的所有条件均无法顺利脱除Boc-Pateamine A中的Boc保护基),得到天然产物Pateamine A。基于十步高效、高立体选择性的过渡金属催化反应,该合成路线显著地提高了Pateamine A的合成效率(最长线性步骤25步,总收率:5.3%(注:文献的总收率< 0.19%)),为其进一步生物活性研究提供了基础。 图9. 三烯侧链的引入及Pat A的全合成。图片来源:J. Am. Chem. Soc. DMDA-Pat A的合成。Romo小组发现Pateamine A的简化类似物DMDA-Pat A具有与其相似的生物活性。由于DMDA-Pat A减少了C3和C5的手性中心,作者采用了更汇聚的策略对其进行了合成(图10)。首先,吡喃酮衍生物31与4-戊烯酸缩合生成吡喃酮片断41。随后在金属钯的催化作用下,吡喃酮片断41和噻唑片断11发生分子间的烷基-Suzuki偶联反应,一步以克级规模构键了铁催化的前体化合物42。值得注意的是,在−30 ℃下,铁催化的吡喃酮开环/偶联反应可以非常好地兼容自由羟基和酯基,以优秀的立体选择性得到2Z,4E-二烯酸结构43。随后的大环内酯化和多烯侧链的引入可以顺利地得到DMDA-Pat A。相较于文献报道的路线(最长线性步骤16步,总步骤36步,<3.8%总收率),新发展的合成路线显著地提高了DMDA-Pat A的合成效率(最长线性步骤12步,总步骤19步,18.5% 总收率)。DMDA-Pat A的相关合成路线及讨论作者已于2016年发表在Angew. Chem. Int. Ed.上(Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 6051)。 图10. DMDA-Pat A的合成。图片来源:J. Am. Chem. Soc. 2-吡喃酮与铁的配位化学研究。为了更好地理解底物32 和42在铁催化的吡喃酮开环/偶联反应中表现出的优异化学选择性,作者对底物42与羰基铁的配位化学进行了研究。作者通过羰基铁络合物49与底物42的核磁谱图对比,发现吡喃酮上的H1、C1和C4的化学位移均发生了非常明显的变化,然而噻唑环上的H4和二醇上的烷基的信号基本没变化。该结果表明在含有多个杂原子的复杂底物42中,金属铁选择性地配位到吡喃酮的π键上,而并没有与底物中的氮、硫、氧等配位点配位。因此作者认为,铁催化的吡喃酮开环/偶联反应的优秀化学选择性可能源于铁催化剂与底物中杂环π体系的配位能力显著强于氮、硫、氧等配位点。 图11. 作者通过羰基铁络合物49与底物42的核磁谱图对比。图片来源:J. Am. Chem. Soc. 总结 通过使用新颖的铁催化吡喃酮开环/偶联策略,Fürstner教授团队高效地完成了Pateamine A 及DMDA-Pat A的催化不对称全合成。此外,通过使用多步不对称催化反应,完成了分子中所有手性中心的催化不对称构建。最后,通过使用改进的Stille偶联反应和引入高效的Boc保护基脱除方法,使得Pateamine A 及DMDA-Pat A的合成更加简洁和可规模化。该全合成研究工作为该类重要天然产物的进一步生物活性研究提供了重要基础。 该论文作者为:Chun-Xiang Zhuo, Alois Fürstner 原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文): Catalysis-Based Total Syntheses of Pateamine A and DMDA-Pat A J. Am. Chem. Soc., 2018, DOI: 10.1021/jacs.8b05094

来源: X-MOL 2018-08-19

北京航空航天大学JACS:纤维可控液体直接制备超光滑量子点微图案,低成本制备高性能QLED

量子点发光二极管(QLED)显示器作为最有前途的下一代LED显示器,由于其稳定的光学性能、窄的光谱发射带宽和高的屏幕分辨率而受到人们的广泛关注。量子点(QD)薄膜作为发光层,对QLED器件的性能起着重要的决定作用。通常,QD膜的性能取决于QD本身的物理化学性质和组装膜的质量,特别是均匀性和厚度。合适的量子点薄膜层的厚度有利于器件中电荷的有效转移。特别是QD薄膜的表面粗糙度不仅影响其电荷传输行为,而且影响其与多层器件中相邻层的电荷平衡,从而影响量子效率。同时,考虑到QD的高成本,需要在功能区将QD膜图案化。因此,从实际应用的角度来看,制备高质量的微图案化QD薄膜是非常重要的。迄今为止,研究人员已经开发了各种溶液法制备QD膜,包括旋涂、转印、喷墨打印和雾化沉积。然而,这些技术存在成本高、步骤复杂、模板要求高、薄膜均匀性不足等局限性。例如,旋涂和雾化沉积通常需要大量的溶液,但实际转移的量非常有限,这使得它是一种高成本的工艺。转印需要模板,使得过程更加复杂。喷墨打印过程容易发生咖啡环现象,且喷嘴易堵塞。因此,开发一种简单且低成本的溶液处理方法,能够直接制造具有各种微图案的均匀QD膜,对于高性能QLEDs是重要的,仍然是一个挑战。 近日,来自北京航空航天大学的刘欢研究员(点击查看介绍)(通讯作者)团队在J. Am. Chem. Soc. 上发表文章,他们受中国毛笔可以可控均匀连续的输运液体的启发,提出利用中国毛笔等非对称纤维阵列诱导QD溶液的可控输运,实现直接转移到基底上形成均匀和超光滑的微图案薄膜。作者提出在非对称结构的纤维阵列的诱导下的Laplace压力差和溶剂蒸发引起的Marangoni流的协同作用下,QDs在整个溶液转移过程中实现了动态平衡。通过这种方法,QD纳米粒子可以被均匀的转移到衬底上的目标区域,形成超平滑的QDs图案化薄膜。基于此所制备的QLED器件表现出相当高的性能:其中绿色、红色和蓝色QLED器件的电流效率分别为72.38、26.03和4.26 cd/A,外部量子效率EQE分别为17.40、18.96和6.20 %。 图1. 非对称纤维阵列可控输运QD溶液制备超平滑的QDs图案化薄膜。(a)具有典型多层结构的QLED器件;(b)纤维阵列涂刷工艺示意图,以及QD纳米粒子典型的CdZnSeS@ZnS核/壳结构。插图:分别以正辛烷和水为溶剂的QD溶液在TFB层上的铺展行为;(c)在QLED器件指定的功能区域直接制备绿色QD薄膜;(d–f)制备的绿色、红色和蓝色QD膜的荧光显微镜图像;(g–i)绿色、红色和蓝色QLED器件的电致发光图像。 图2. 制备的量子点薄膜的荧光和原子力显微镜表征。通过纤维阵列刷涂(a、b、c)和旋涂(d)制备的绿色、红色和蓝色QD膜的荧光显微镜图像;(e,f)代表性的AFM高度图像和三维图像显示刷涂QD膜的粗糙度值为1.10 nm,旋涂QD膜的粗糙度值为2.84 nm。 图3. 绿色、红色和蓝色QLED器件的性能。(a1、b1和c1)绿色、红色和蓝色QLED器件随驱动电压增加的EL光谱演变;(a2、b2和c2)绿色、红色和蓝色QLED器件具有最佳效率的驱动电压的电流密度和亮度特性;(a3、b3和c3)绿色、红色和蓝色QLED器件的电流效率和EQE特性。 图4. 非对称纤维引导下QDs在整个溶液转移过程中的动态平衡示意图。(a)涂刷过程的侧视图卡通图,其中在锥形纤维的作用下调控QD溶液的转移。在区域1中,QD溶液由于FL、Fa和G的协同作用而稳定地维持在毛笔的纤维内;(b)在区域2中,非对称溶剂挥发引起的Marangoni流和Laplace力的协同作用下,平衡溶液中的粒子分布。σ是表面张力;(c)由锥形纤维引起的TCLs的俯视卡通画,显示两个相邻纤维内形成的多个弯月形TCLs,这有助于沿着纤维产生方向应力;( d )涂刷过程的光学图像,其中QD溶液均匀地转移到基底上。 图5. 纤维阵列可控输运液体直接制备各种均匀的QD微图案。条纹宽度从(a–c)40 μm和80 μm增加到180 μm以及(d–f)60 μm和100 μm增加到190 μm的各种绿色QD微线阵列;(g–j)制备得到的其它QD微图案,如(g)三角形、(h)正方形、(I)半圆形和(j)波浪。 这一结果提供了一种低成本、简单、实用的溶液转移为均匀图案化薄膜的方法,即使在空气中也能用于制备高性能的QLED器件。 该论文作者为:Min Zhang, Binbin Hu, Lili Meng, Ruixin Bian, Siyuan Wang, Yunjun Wang, Huan Liu*, Lei Jiang 原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文): Ultrasmooth Quantum Dot Micropatterns by a Facile Controllable Liquid-Transfer Approach: Low-Cost Fabrication of High-Performance QLED J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 8690–8695, DOI: 10.1021/jacs.8b02948 导师介绍 刘欢 http://www.x-mol.com/university/faculty/19066

来源: X-MOL 2018-08-19

南开金属有机框架-1:一类具有最高乙炔分离比的金属-有机框架材料

乙炔(C2H2)作为重要的燃料气体,广泛应用于生产工业商品塑料、丙烯酸衍生物、乙烯基化合物等。然而,在生产乙炔的过程中,由于石油炼制中的蒸汽裂解,通常产生甲烷和二氧化碳而无法或者高纯度乙炔。除此之外,消除乙烯中痕量的乙炔也是工业分离中一个非常重要且具有挑战性的过程,在聚乙烯生产中,乙炔是严重有害的污染物,它一方面使聚合用的催化剂中毒,另一方面可以形成固体金属乙炔化物阻塞管道甚至引起爆炸。目前,工业上有两种方法用于除去痕量的乙炔:一、使用大量有机溶剂萃取(如:DMF,丙酮等);二、使用贵金属对乙炔部分加氢使其转变为乙烯。但是,这两种方法成本高、对环境不友好、效率低。因此发展分离和纯化乙炔的新方法和新材料对于工业生产意义重大。 近期,南开大学化学学院张振杰研究员课题组和爱尔兰利莫瑞克大学Michael J. Zaworotko教授合作报道了一类超微孔金属-有机框架材料(NKMOF-1,南开金属有机框架-1)。该类材料不仅具有超强的水和酸碱稳定性,最重要的是该材料对乙炔具有前所未有的分离效果。作者通过原位X射线单晶衍射清晰的解析了乙炔的作用位点,并且结合计算模拟、红外光谱和混合气体穿透实验对乙炔作用力和分离性能进行详细的研究。研究发现NKMOF-1在低压区,对乙炔的吸附能力超过目前所有的材料,并且对C2H2/CO2 和C2H2/CH4混合气体的分离比打破了世界纪录,对于C2H2/C2H4的选择性也稍低于目前最好的材料(SIFSIX-14-Cu-i)。值得强调的是 NKMOF-1与乙炔气体分子的作用机理不同于已经报道的最好材料(SIFSIX系列材料中MF62-阴离子的强作用),这为设计和合成新型的可用于乙炔分离的多孔材料提供了新的策略 (图1)。 图1. NKMOF-1对乙炔的作用位点(a, b: 计算模拟数据; c,d:单晶数据)。 NKMOF-1在室温下对乙炔的具有非常与众不同的吸附曲线,与氮气在77 K的I型吸附曲线非常类似。在低压区具有目前最高的乙炔吸附量(超过目前的最好材料SIFSIX-14-Cu-i)。同时,NKMOF-1对二氧化碳、甲烷、乙烯等气体在室温下低压区的吸附量相对较低。这些数据都说明NKMOF-1可以潜在的用于乙炔的各种混合气体的分离和纯化。混合气体的穿透实验(C2H2/C2H4 (1/99, v/v)、C2H2/C2H4 (1/9, v/v)、C2H2/CO2 (1/1, v/v)、C2H2/CO2 (2/1, v/v)、C2H2/CH4 (1/1, v/v)、C2H2/CH4 (2/1, v/v)),也进一步说明该材料对于乙炔具有强的选择性吸附,对含有乙炔的混合气体具有高效的分离能力。值得注意的是,在分离过程中可以获得高纯度的乙烯(>99.999%),可以满足目前工业上生产聚乙烯的需求(C2H4>99.96%)(图2)。混合气体分离实验证明这类材料可以潜在的用于工业上乙炔的纯化和分离。目前该类材料已经申请国家专利保护。 图2. NKMOF-1-Ni 的气体吸附曲线、混合气体穿透实验结果。 该工作近期发表在《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 10971)上,南开大学化学学院博士生彭云雷为第一作者, 硕士生李鹏飞和王婷参与课题。同时感谢暨南大学李丹教授团队的罗东博士以及山西大学的王俊豪博士在研究工作中给予的大力帮助。 该论文作者为:Yun‐Lei Peng, Tony Pham, Pengfei Li, Ting Wang, Yao Chen, Kai‐Jie Chen, Katherine A. Forrest, Brian Space, Peng Cheng, Michael J. Zaworotko, Zhenjie Zhang 原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文): Robust Ultramicroporous Metal-Organic Frameworks with Benchmark Affinity for Acetylene Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 10971-10975, DOI: 10.1002/anie.201806732 研究团队简介 张振杰研究员于2002-2009在南开大学获得学士和硕士学位,2010-2016年在美国获得博士学位和从事博士后工作。他自2016年入选国家青年千人计划回国以来,主要研究方向为多孔框架材料在分离方面的应用(气体分离和手性分离)、多孔框架材料膜的合成以及膜分离方面的研究、光驱动人工智能材料研究。课题组成立两年来已经取得了丰硕的成果,在德国应用化学(Angew. Chem. Int. Ed)上,先后发表了两篇关于多孔材料气体分离、光驱动智能材料高水平文章。 http://www.x-mol.com/university/faculty/49746

来源: X-MOL 2018-08-19

微资讯:国家自然科学基金2018年安排资助计划达256亿元 | 我国自主研发乳腺癌新药马来酸吡咯替尼片获批上市

【8月17日】我国自主研发乳腺癌新药马来酸吡咯替尼片获批上市 近日,国家药品监督管理局有条件批准治疗复发或转移性乳腺癌新药马来酸吡咯替尼片(艾瑞妮)上市。马来酸吡咯替尼片属于我国自主研发的创新药,通过优先审评审批程序获准上市。 据介绍,马来酸吡咯替尼是不可逆性人表皮生长因子受体2(HER2)、表皮生长因子受体(EGFR)双靶点的酪氨酸激酶抑制剂,其作用机理为与细胞内HER2和EGFR激酶区的三磷酸腺苷(ATP)结合位点共价结合,阻止肿瘤细胞内HER2和EGFR的同质和异质二聚体形成,抑制其自身的磷酸化,阻断下游信号通路的激活,从而抑制肿瘤细胞生长。 本品经核准的适应症为:联合卡培他滨,适用于治疗表皮生长因子受体2(HER2)阳性、既往未接受或接受过曲妥珠单抗的复发或转移性乳腺癌患者。专家提示,使用本品前患者应接受过蒽环类或紫杉类化疗。 http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2018-08/17/content_401832.htm?div=-1 【8月16日】国家自然科学基金2018年安排资助计划达256亿元 据报道,2018年,国家自然科学基金委员会共安排中央财政资金资助计划256亿元,比2017年的248亿元增加3.23%。目前,共接收依托单位提交的各类项目申请219306项,根据《国家自然科学基金条例》和相关管理办法的规定,评审资助42150项,直接费用2091307.35万元,已完成全年资助计划的79.08%,各项资助工作按计划进展顺利。 2018年资助重大项目38个,平均资助强度由1700万元/项提高至2000万元/项。同时,按计划启动了4个重大研究计划,分别为“多层次手性物质的精准构筑”“糖脂代谢的时空网络调控”“西太平洋地球系统多圈层相互作用”及“肿瘤演进与诊疗的分子功能可视化研究”;在此基础上,2018年度专门增加1个重大研究计划立项指标,紧密围绕航空发动机和燃气轮机重大专项中的基础科学问题,组织实施 “航空发动机高温材料/先进制造及故障诊断科学研究”重大研究计划。 http://scitech.people.com.cn/n1/2018/0816/c1007-30232890.html 【8月16日】极地科考破冰船“雪龙2”号现身,为我国自主建造 近日,江南造船(集团)有限责任公司的船坞里现身了我国第一艘自主建造的极地科学考察破冰船“雪龙2”号,目前已完成全部主船体的结构合拢,雄姿初现。 据江南造船(集团)有限责任公司极地科学考察破冰船总工艺师赵振华介绍,“雪龙2”号是以极地水域科学考察为首要任务,兼具一定的极地考察站后勤物资运输能力的“绿色”极地科学考察破冰船。船舶采用双向破冰设计,同时拥有智能船体、智能机舱、智能实验室。船上安装全回转电力推进系统、配备DP-2动力定位系统、月池系统、各频段声学探测等各种先进设备。船舶建造工艺复杂,采取分段制造、总体拼装的建造方法。 据悉,在所有设备/系统安装完成后,逐步开展系泊试验,包括主发电机动车等工作。计划2019年上半年交付给中国极地研究中心。 http://www.xinhuanet.com/politics/2018-08/16/c_1123279538.htm 【8月16日】人工智能核心产业规模到2020年超500亿 日前,《广东省新一代人工智能发展规划》印发实施,根据规划,积极谋划新一代人工智能产业在时间和空间上的系统性战略布局,明确分三步走,逐步将广东打造成为国际先进的新一代人工智能产业发展战略高地,为打造国家科技产业创新中心、实施粤港澳大湾区建设战略、奋力实现“四个走在全国前列”提供强大支撑。 《规划》明确将在关键核心技术攻关、智能创新融合应用、产业园区创新发展、科技企业引进培育、产业生态系统构建等几大方面形成协同发展新动能,加快推进人工智能与经济、社会、产业的深度融合发展。目标到2020年,人工智能核心产业规模突破500亿元,带动相关产业规模达到3000亿元;到2030年,人工智能基础层、技术层和应用层实现全链条重大突破,总体创新能力处于国际先进水平。 http://epaper.southcn.com/nfdaily/html/2018-08/16/content_7745001.htm 【8月16日】香港城市大学研发治疗癌症新技术,成本降99% 近日,香港城市大学生物医学系研究团队研发出有助治疗各种癌症的新技术,用人体内的红血球制造出大量的胞外囊泡,作为运输治疗癌症药物的载体,成效达八成,成本及治疗费用仅是旧技术的1%。研究团队已在老鼠身上证明该技术不产生任何副作用。 据报道,城大生物医学系助理教授黎月明表示,胞外囊泡能通过细胞之间的膜传输蛋白质及其他大型分子,有助细胞互相沟通,因此适合用作药物载体。该技术可拮抗当癌症因突变而产生的抗耐药性,还可治疗白血病及地中海性贫血等非癌症疾病。 城大生物学系助理教授史家海指出,该技术预计5年后可用于临床使用,注射1次的费用是3000元港币,是旧方法的1%。团队现在正进一步研究红血球胞外囊泡的特性和改造,以令传输癌症药物的基因治疗更加完善。 http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2018/8/416559.shtm http://www.takungpao.com.hk/news/232109/2018/0814/202085.html 【8月16日】积塔半导体特色工艺生产线在上海临港开工,总投资359亿元 近日,中国电子信息产业集团积塔半导体有限公司特色工艺生产线项目在上海临港正式开工。据报道,积塔半导体特色工艺生产线项目位于上海临港装备产业区,占地面积23万平方米,项目总投资359亿元,目标是建设月产能6万片的8英寸生产线和5万片12英寸特色工艺生产线。产品重点面向工控、汽车、电力、能源等领域,将显著提升中国功率器件(IGBT)、电源管理、传感器等芯片的核心竞争力和规模化生产能力。 集成电路是信息技术产业的粮食,其技术水平和发展规模已经成为衡量一个国家产业竞争力与综合国力的重要标志之一,美国更将其视为未来20年从根本上改造制造业的四大技术领域之首。此前,上海市委书记李强调研强调,集成电路具有战略性、基础性,是“上海制造”品牌的重点所在、科创中心建设的关键核心领域,要努力打造具有标杆性的企业。 经过多年积累,临港地区已有39家集成电路产业相关企业落地,涉及设计、制造、封装、测试、材料、装备等全产业链,初步形成了集成电路产业的集聚。据了解,临港地区正在以“基金+基地”模式,加快形成集成电路产业集群。除积塔半导体项目外,产业园已经储备了一批有代表性的项目。 https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_2352343

来源: X-MOL 2018-08-19

苏州大学孙宝全教授课题组近年来工作进展

“敢想,敢尝试,勇于质疑”、“做学问一定要多问为什么”这两句话体现了孙宝全教授对组内成员的期望与要求。“在做好基础研究的同时,大胆进行探索尝试”是该课题组的一个鲜明特点。孙宝全教授于1997年在青岛化工学院获得学士学位,2002年在清华大学化学系获得博士学位,2002-2007年在剑桥大学卡文迪许实验室从事博士后研究,2007-2008年在拉斯阿拉莫斯国家实验室从事博士后研究,2008年加入苏州大学成立课题组。成立课题组以来,孙宝全教授已经在Nature Communications、Journal of the American Chemical Society 等杂志发表SCI收录文章160余篇,其中影响因子大于10的通讯作者文章35篇,文章他引次数超过8600余次,H-因子45,2016年和2017年被评为英国高引用科学家,目前担任Physica Status Solidi A (WILEY-VCH)编委和Frontiers Optics and Photonics 编委。 近年来,该课题组在共轭高分子和半导体纳米结构的光电特性及器件、光伏电池及发光二极管等方面取得了非常优秀的成果,相关工作曾经得到Science、Nature Photonics、Nature Climate Change、《泰晤士报》、The Guardian、美国化学会、新华网、X-MOL平台等国内外200多家科学杂志或媒体报道。下面就孙宝全教授课题组在硅光伏电池方面所取得的成果进行简单介绍。 孙宝全教授(前排右三)与课题组成员。图片来源:孙宝全课题组 硅光伏电池作为目前最重要的绿色能源,目前在我国从生产到市场方面取得了巨大的成功。当多数研究人员将工作重心集中于提高含硅光电材料的器件效率时,孙宝全教授课题组的刘玉强、刘瑞远和王玉生等人在推动含硅光伏器件除了光伏发电以外的其它集成应用方面做出了开拓性的工作。 1. 集成硅太阳能电池和纳米发电机集成器件 多雨天气不利于硅电池对能量的吸收,为了成功实现雨天能量的收集,刘玉强等人与孙旭辉课题组合作,开发了一种既可以在晴天通过硅太阳能电池发电,又可以在雨天通过雨滴摩擦纳米发电机进行发电的装置。该工作采用一种导电率很高的高分子聚合物水溶液(PEDOT:PSS)制备出该装置的共同电极薄膜,太阳能电池和“摩擦纳米发电机”通过共同电极集成为一体。这一设计更加简单,大大提高了输出效率。摩擦层采用透明的高分子薄膜聚二甲基硅氧烷(PDMS),因此几乎不会对太阳光的入射产生影响,所以基本不影响太阳能在晴天的正常工作。下雨时,水滴与作为摩擦层的PDMS摩擦带电,如下图1所示。共同电极薄膜作为电荷感应层感应并导出电荷。 图1. 雨滴摩擦发电的工作原理 在这一集成器件的设计中,该工作采用人们日常生活中随处可见的微纳结构,如DVD光盘、CD光盘等作为纳米压印模板制备了纳米结构,该类材料可以有效减小材料的反射率,增强对光的吸收,实现了较高的效率,下图为太阳能电池和摩擦纳米发电机的结构图。 图2. 集成硅太阳能电池和摩擦纳米发电机的示意图 该成果发表在ACS Nano 杂志(ACS Nano, 2018, 12, 2893)上,相关工作得到Nature Climate Change、《新华社》、《泰晤士报》和The Guardian 等近百家媒体宣传报道。 2. 集成硅电池与电容器的发电/储能集成器件 随着便携式电子设备的日益丰富,人们对供能设备的需求也越来越多,对设备的性能和供能也提出了更高的要求。这一能量单元能够同时完成从太阳能到电能的转化和电能的储存,为低价、高效、长续航供能设备的研究提供了新的思路。刘瑞远等人将硅太阳能电池与超级电容器结合,制备出一体化、可以实现自充电的能量单元,并实现了10.5%的总效率,这一数值是当时同类器件的最高纪录。 在这一发电和储能的集成器件中,电容器不仅起到储存能量的作用,更可以将不稳定输入的光电流以恒定的电压放出,使其更接近于实际应用。对太阳能电池中硅片的表面处理也是整个器件能够实现高效率的原因,他们通过蚀刻的方法将硅的表面修饰为硅纳米线阵列,再通过甲基化使得到的纳米线间隔更大、更光滑,提升了传输层PEDOT:PSS的附着效果。太阳能电池和超级电容器之所以能够整合为一个高效的单元,除了使用本身性能优异的电池和电容以外,还在于两者没有使用任何外部连接的方式,而是在硅片背面蒸镀了一个Ti电极作为两者的共用电极,大大降低了能量的损耗。研究人员还尝试将这一复合能量单元制备成为柔性器件,通过减小硅片的厚度,成功得到具备一定弯折性的器件。虽然随着硅片厚度的下降,整体效率也有所下降,但器件本身依旧能够提供稳定的输出电压,为相关研究开辟了新的方向,下图为该器件的结构示意图及其柔性测试。 图3. 集成硅电池与电容器器件结构、表面处理以及柔性测试 该研究成果发表在Nano Letters 杂志(Nano Lett., 2017, 17, 4240)上,并得到欧洲知名电子信息新闻网eeNews Europe的新闻报道。 3. 光效应调制的集成硅电池 对于硅晶太阳能电池,研究者往往在器件中添加抗反射层来增加材料对太阳光的吸收能力,这种方式有利于对长波太阳光的吸收,但不利于短波太阳光的吸收,因此具有一定的弊端。同时,为了提高载流子的收集,人们需要在器件外添加额外的设备,因此需要更多的能量损耗。王玉生同学发现有机卤化钙钛矿纳米颗粒在短波长光照下经过极化可以产生电场,进而增强载流子的收集能力,即场效应管。将钙钛矿纳米颗粒和硅晶结合既有效利用了短波长的太阳光,又可以有效收集载流子,达到了事半功倍的效果,器件结构及光致极化电场的形成过程如下图所示。 图4. 集成硅电池与场效应管器件结构以及光致极化电场 该工作制备了一种异质结太阳能电池,硅和PEDOT:PSS之间形成肖特基势垒。钙钛矿纳米颗粒中的CH3NH3+-I-偶极子可以自由旋转。当钙钛矿纳米颗粒与光子发生相互作用时,偶极子有序排列,形成光致极化电场,增加了PEDOT:PSS的功函数和肖特基势垒的高度,从而增强耗尽层中的电场,最终帮助电子的收集。相关工作发表在Advanced Materials 杂志(Adv. Mater., 2017, 29, 1606370)上。 导师介绍 孙宝全 http://www.x-mol.com/university/faculty/18398

来源: X-MOL 2018-08-18

铱催化三氟乙醛水合物和二氟乙醛缩半乙醇参与的不对称芳基烯丙基化反应

在探索醇介导的羰基还原偶联反应中,美国德克萨斯大学奥斯汀分校的Michael J. Krische教授(点击查看介绍)团队发展了一系列对映选择性催化的烯丙基化和炔丙基化反应。该系列的各类反应都能得到优秀的对映选择性和非对映选择性,然而对于包含支链的芳基取代的醋酸烯丙基酯类预亲核试剂参与的反应,对映选择性变动很大。异丙醇介导多聚甲醛的还原偶联反应可以获得很高的对映选择性,然而对于更高级的醛,反应的对映选择性波动范围很大(1-94%)。作者由此得到两个结论:(a)醛对铱催化剂非对映选择性动力学和热力学位点竞争配位的调控可以促进手性产物的形成;(b)催化对映选择性三氟乙醛水合物和二氟乙醛缩半乙醇的反式-α-芳基烯丙基化反应有望得以发展(图1)。 目前,已发展的羰基α-芳基烯丙基化反应是通过化学计量的手性助剂参与的手性转移过程来实现,尽管人们发展了乙醛酸酰胺不对称Sakurai类型的反应,然而对羰基α-芳基烯丙基化反应并没有进行系统的研究,并且不对称诱导过程只能达到中等的水平。尽管含氟结构在药物化学中具有非常重要的作用,二氟乙醛和三氟乙醛的催化不对称α-芳基烯丙基化反应尚无报道,而且文献里报道的金属催化三氟乙醛的不对称加成反应基本上都需要在无水条件或原位生成气相三氟乙醛的条件下进行。 最近,Michael J. Krische教授团队又报道了三氟乙醛水合物和二氟乙醛缩半乙醇的反式-α-芳基烯丙基化,高对映选择性地合成了一系列反式的含氟高烯丙醇类手性化合物。反应在2-丙醇的介导下发生醛与包含支链的芳基取代的醋酸烯丙基酯的还原偶联,对映选择性随着醛亲电性的增加而提高。其成功的关键在于醛对铱催化剂非对映选择性动力学和热力学位点的有效配位。作者首先考察了4-取代芳香醛1a-1f参与的异丙醇介导的与1-(4-溴苯基)醋酸烯丙基酯2b的还原偶联反应,醛的亲电性和对映选择性之间存在明显的相关性,富电子的醛1a和1b基本上只能以近乎消旋的选择性得到产物3a和3b,产物的对映选择性随着醛亲电性的增加而增加。最终,在4 Å分子筛的存在下,反应使用三氟乙醛水合物作为亲电试剂,能以88%的产率、94%的对映选择性和接近100%的反式选择性得到产物4b。而当体系中不加入4 Å分子筛时,反应只能得到微量的产物4b。由于铱催化剂可以与水兼容,因此作者认为分子筛在三氟乙醛水合物脱水的过程中发挥重要的作用(图1)。 图1. 醛的亲电性和反应对映选择性的相关性。图片来源:J. Am. Chem. Soc. 在最佳条件下,作者对底物的适用范围进行了考察,主要探究芳基取代的醋酸烯丙基酯的不同芳基对反应结果的影响。苯环上修饰供电子或吸电子取代基的底物参与反应,都能以中等到优秀的产率、优秀的非对映选择性和对映选择性得到目标产物,芳香杂环取代基对该反应同样可以很好地兼容。产物的相对和绝对构型通过4l的X射线单晶衍射分析得以确定(图2)。 图2. 三氟乙醛水合物参与反应底物适用范围的考察。图片来源: J. Am. Chem. Soc. 作者接着考察二氟乙醛缩半乙醇作为底物时,芳基取代的醋酸烯丙基酯不同芳基对反应结果的影响,产物的产率、对映选择性和非对映选择性都非常优秀,产物的绝对和相对构型通过5l的X射线单晶衍射分析得以确定(图3)。 图3. 二氟乙醛缩半乙醇参与反应底物适用范围的考察。图片来源:J. Am. Chem. Soc. 在早期的羰基烯丙基化反应中,烯丙基的立体位阻对对映选择性的反转具有重要的影响。羰基的烯丙基化和丁烯基化呈现出对映面匹配现象,而在叔异戊烯化反应中出现对映面匹配反转。由此表明,位阻小的烯丙基供体通过图4左侧的过渡态进行,而当烯丙基供体位阻增大时,通过图4右侧的过渡态进行。羰基的α-芳基烯丙基化反应介于这两个极限之间,羰基配位后,亲电性强的羰基化合物通过配位诱导发生加成反应(图4)。 图4. 立体化学模型。图片来源:J. Am. Chem. Soc. 为了证明该反应的实用性,作者选择产物4a和5a进行了衍生化实验,通过羟基的TBS保护基修饰、氧化、羧酸酯化以及消除TBS保护基等四步反应,高效合成了d-天仙子碱衍生物(图5)。 图5. 产物的衍生化实验。图片来源:J. Am. Chem. Soc. 总结 Michael J. Krische教授报道了以包含支链的芳基取代的醋酸烯丙基酯作为预亲核试剂,2-丙醇介导的铱催化三氟乙醛水合物和二氟乙醛缩半乙醇参与的反式-α-芳基烯丙基化。反应涉及醛对铱催化剂非对映选择性动力学和热力学位点竞争配位的调控,由此诱导产物的对映选择性。该方法对合成三氟甲基及二氟甲基化的高烯丙醇类手性化合物具有重要的意义,有望在医药及农药分子的合成中得到切实的应用。 原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文): Selection between Diastereomeric Kinetic vs Thermodynamic Carbonyl Binding Modes Enables Enantioselective Iridium-Catalyzed anti-(α-Aryl)allylation of Aqueous Fluoral Hydrate and Difluoroacetaldehyde Ethyl Hemiacetal J. Am. Chem. Soc., 2018, DOI: 10.1021/jacs.8b05725 导师介绍 Michael J. Krische http://www.x-mol.com/university/faculty/360

来源: X-MOL 2018-08-18

多管齐下克服肿瘤多药耐药性

注:文末有研究团队简介 及本文科研思路分析 多药耐药(multidrug resistance, MDR)是指肿瘤细胞对接触的一种化疗药物产生耐药的同时,对其它未接触过的、结构和作用机制各不相同的药物也产生交叉耐药的现象。药泵蛋白ABCG2被认为是限制多种化疗药物在肿瘤细胞内聚集的重要机制之一,与MDR有关。据统计,超过90%的化疗患者都会产生自发或获得性耐药,是导致化疗失败的一个主要原因。因此, 肿瘤多药耐药是攻克癌症面临的一项重大挑战。 光动力治疗(photodynamic therapy, PDT)利用光激发卟啉等光敏剂产生活性氧杀死肿瘤细胞。与手术、化疗和放疗等肿瘤治疗手段相比,PDT具有创伤小、毒性小、恢复快、可保护容貌等很多优点。而且,还可利用光动力荧光诊断检测早期癌或癌前病变,具有无创、快速、客观等特点。但是,单一的光动力治疗后,肿瘤容易复发。 近期,北京大学工学院生物医学工程系的戴志飞教授(点击查看介绍)和北京大学第三医院合作,设计合成了两亲性卟啉脂质与喜树碱-氟脲苷药物共轭体,并直接以之为成膜材料包埋全氟丙烷,制备了具有超高载药量的卟啉/喜树碱-氟脲苷(Porphyrin/Camptothecin-Fluoroxyuridine, PCF)微泡。卟啉、喜树碱和氟脲苷三种药物的总载药量为39%,大大超过常规微泡的载药量(通常小于1%)。在设计合成卟啉脂质分子时运用了一个技巧,用两条脂肪长链将每个卟啉基团隔开,从根本上阻止卟啉基团的聚集,避免因聚集所产生的自淬灭效应,导致光敏剂的荧光和单线态氧的量子产率增加,从而显著提高光动力荧光成像(诊断)与治疗效果。 更重要的是,该PCF微泡可作为超声造影剂显著增强超声成像的效果,而常规微泡载药后的超声造影效果显著下降。因此,可以利用超声造影成像来示踪PCF微泡在体内的分布。当PCF微泡到达肿瘤部位后,通过超声靶向微泡爆破(Ultrasound-Targeted Microbubble Destruction, UTMD)将PCF微泡原位转化为PCF纳米粒子。UTMD产生的声孔效应使肿瘤组织的血管壁和肿瘤细胞膜的通透性显著提高,从而使更多的PCF纳米粒子进入肿瘤细胞。研究发现,PCF微泡与UTMD联合使喜树碱-氟脲苷化疗药物和卟啉光敏剂在肿瘤部位的富集量提高5倍以上,同时减少了在正常组织中的富集。 由于PCF纳米粒子能发出很强的荧光,故可利用荧光成像引导激光准确照射肿瘤组织,实施精准PDT。结直肠癌小鼠模型体内治疗实验显示,PCF微泡静脉给药后,利用超声和激光照射,肿瘤生长抑制率可以达到90%以上,并且没有产生明显的毒副作用。利用超声靶向爆破PCF微泡使其原位转化为纳米粒子,实施喜树碱与氟脲苷的联合化疗,协同PDT,多管齐下对抗肿瘤,具有微创、安全、高效等优点。除了结直肠癌外,这种新型的肿瘤联合治疗策略也可用于前列腺癌、乳腺癌等多种癌症的治疗,具有很好的临床转化应用前景。 这一成果近期发表在ACS Nano上,文章的第一作者是北京大学博士研究生陈敏和北医三院梁晓龙研究员。 该论文作者为:Min Chen, Xiaolong Liang, Chuang Gao, Ranran Zhao, Nisi Zhang, Shumin Wang, Wen Chen, Bo Zhao, Jinrui Wang, Zhifei Dai* 原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文): Ultrasound Triggered Conversion of Porphyrin/Camptothecin-Fluoroxyuridine Triad Microbubbles into Nanoparticles Overcomes Multidrug Resistance in Colorectal Cancer ACS Nano, 2018, 12, 7312–7326, DOI: 10.1021/acsnano.8b03674 戴志飞教授简介 戴志飞,北京大学工学院生物医学工程系教授,国家杰出青年科学基金获得者、国家重点研发计划首席科学家。1998年于中科院理化所获得博士学位并留所工作。先后前往日本、德国和美国工作。2005年被哈尔滨工业大学生命科学院引进回国,2012年加盟北京大学。 主要研究领域包括医学超声、分子影像、纳米医学和微创治疗技术等,现担任中国医师协会介入医学工程专委会副主任委员、中国生物医学光子学会副主任委员、中国医药生物技术协会纳米生物技术分会副主任委员、中国医学超声装备协会常务委员和中国超声分子影像专业委员会常务委员,以及Bioconjugate Chem 副主编,Theranostics、J. Interdiscip. Nanomed.、IET Nanobiotechnology 和《中华核医学与分子影像杂志》等期刊编委。 http://www.x-mol.com/university/faculty/18974 科研思路分析 Q:这项研究中为什么同时引入了喜树碱、氟脲苷和卟啉三种不同的药物?它们之间有什么关系? A:盐酸伊立替康(喜树碱衍生物)与5-氟尿嘧啶联合化疗已成为治疗转移性结直肠癌的标准方案。但是,由于肿瘤细胞中高表达的药泵蛋白ABCG2,使得化疗药物在肿瘤细胞内的滞留量减少。而光动力治疗利用激光照射光敏剂(如卟啉)产生的活性氧可有效地降低ABCG2的表达,使更多的化疗药物能够滞留在肿瘤组织,降低肿瘤细胞的耐药性。而且,喜树碱可诱导肿瘤血管正常化,导致HIF-1α表达降低,减少PDT引起的乏氧细胞的负面效应。通过喜树碱与氟脲苷(2'-脱氧-5-氟尿嘧啶核苷)的联合化疗,协同PDT,多管齐下对抗肿瘤,可克服肿瘤细胞耐药性,防止肿瘤复发,显著提高治疗效果。 Q:在研究中过程中遇到的最大挑战在哪里? A:利用纳米载体携载化疗药物可以在一定程度上改善药物的递送效率,降低毒副作用,为解决肿瘤细胞MDR的问题带来了新的机遇。但是,由于非特异性摄取和肿瘤生理屏障,静脉给药后仅有不到5%的纳米粒子能到达肿瘤部位。因此,如何进一步提高纳米粒子在肿瘤部位的富集,仍然是癌症治疗过程中面临的最大挑战。 为了解决这一问题,分别设计合成了两亲性的卟啉脂质与喜树碱-氟脲苷药物共轭体,并直接将二者作为成膜材料包埋全氟丙烷,制备具有超高载药量的PCF微泡超声造影剂。然后,利用超声靶向爆破PCF微泡使其原位转化为纳米粒子。UTMD产生的声孔效应使肿瘤组织的血管壁和肿瘤细胞膜的通透性显著提高,从而使喜树碱-氟脲苷化疗药物和卟啉光敏剂在肿瘤部位的富集量提高5倍以上。 Q:本项研究成果最有可能的重要应用有哪些? A:具有超高载药量的PCF超声微泡可以同时增强超声和荧光成像效果,所以可在双模态成像引导下实现精准PDT。而且,PDT后残留的肿瘤细胞可以通过喜树碱-氟脲苷联合化疗进行有效地清除,从而解决单一PDT后肿瘤容易复发的问题。这种新型的肿瘤联合治疗策略具有微创、安全、高效等优点,为研发安全高效的诊疗一体化药物输送体系提供了新的思路。除了结直肠癌外,还可用于前列腺癌、乳腺癌等多种癌症的治疗,具有很好的临床转化应用前景,推动生物制药以及精准医疗的进一步发展。

来源: X-MOL 2018-08-18

除草剂研发新思路——人类友好型百草枯

农药自发明以来就在农业发展史中扮演着重要角色。直到今天,农药的作用在农业(包括中草药种植业)和园艺业仍然不可替代。我国农药生产企业考虑最多的问题还是如何快速除草或杀死害虫以及降低成本和追求简单的生产工艺。年产75万多吨的农药中有一半是高毒农药,农药的主要接触者农民的中毒事件也时有发生,且中毒者多是家中的主要劳动力,造成的经济损失较大,发生农药中毒的家庭生活水平会下降60%。未来农药产品的发展方向应该是:对人类健康安全无害、对环境友好、超低用量、高选择性的绿色农药。 针对这一问题,澳门大学中华医药研究院的王瑞兵教授(点击查看介绍)与李铭源教授(点击查看介绍)课题组通力合作,通过两亲性超分子主客体复合物自组装手段,构建了一种太阳光响应型除草剂制剂,可以极大地降低对人的毒性,但仍然保留良好的除草性能,为绿色农药的研发提供了一种新思路或者新平台(图1)。他们利用这种太阳光响应型超分子纳米囊平台,并以高效、高毒农药作为模型药物,可使这些高效高毒的农药转变为高效低毒的农药。 该研究提出了一锅法制备超分子纳米囊的概念(图2),八元葫芦脲(CB[8])可以和偶氮苯衍生物、甲基紫晶分子形成三元超分子主客体复合物,CB[8]作为亲水端(其本身是生物惰性、无毒性的),偶氮苯衍生物上的烷基链作为疏水端,该复合物在水溶液中进行自组装,从而形成纳米囊。在非光照的条件下,载有高毒农药的纳米囊是十分稳定的,而在太阳光(紫外光)照的刺激下,由于偶氮苯的结构翻转,三元复合物结构被破坏,导致纳米囊破裂从而释放出高毒农药。因此,若该农药新剂型被误服或吸收,由于太阳光(紫外光)无法穿透皮肤,该新剂型可以稳定的形式排出体外,从而降低对使用者的毒性。新剂型喷洒于植物表面时,在太阳光(紫外光)照的刺激下可释放出高毒农药,从而达到除草效果。这一成果以“A user-friendly herbicide derived from photoresponsive supramolecular vesicles”为题发表在Nature Communications上。文章的第一作者是澳门大学的博士研究生高成,通讯作者是澳门大学的王瑞兵教授和李铭源教授。 这项研究首先选取百草枯作为模型药物。百草枯是一种快速灭生性除草剂,自1962年开始到现在已有超过120个国家使用,是世界上应用最广泛的除草剂之一。此外,该物质还具有价格低廉、使用方便等优势。因此,百草枯在农业中有着难以取代的地位。然而,百草枯对人的毒性极大,误服致死率为60%以上,目前尚无有效的治疗方法。世界卫生组织已将百草枯列为第二类有毒物质(中度危险)。在世界范围内,每百万人中就有20人因服食百草枯死亡。在中国,每年高达上万例的中毒是口服百草枯造成的。目前已经有超过20多个国家规定对其禁止使用或者严格限制使用。尽管生产商对百草枯进行了一系列的改造,如将其染成警示性的墨绿色、加臭味剂和催吐剂等,避免人们误食,仍无法根本解决百草枯对人和动物的毒性问题,发展一种可减小对人和动物毒性而又不影响除草效果的新型百草枯除草剂迫在眉睫。百草枯小分子一方面作为CB[8]的客体分子,另一方面可作为水溶性模型药物包裹在纳米囊中,因而可通过快速简便的一锅法制备百草枯太阳管响应型纳米除草剂。在细胞、斑马鱼和老鼠模型上,该新剂型均表现出较好的安全性,可以减少因意外原因接触或误食而引起的不可挽回的伤害。在除草实验中,光照刺激下,该百草枯新剂型表现出的除草效果与百草枯类似,在绿色农业和绿色草药种植业中体现出巨大的应用前景。相关成果已经申请了中国专利。 作者也将敌草快作为第二个模型药物,在太阳光照射下的药物释放曲线与百草枯类似,体现了该太阳光响应型纳米囊对农药的广泛适用性,可作为绿色农药的新平台。 该论文作者为:Cheng Gao, Qiaoxian Huang, Qingping Lan, Yu Feng, Fan Tang, Maggie P. M. Hoi, Jianxiang Zhang, Simon M. Y. Lee & Ruibing Wang 原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文): A user-friendly herbicide derived from photo-responsive supramolecular vesicles Nat. Commun., 2018, 9, 2967, DOI: 10.1038/s41467-018-05437-5 作者简介 通讯作者王瑞兵博士毕业于加拿大女皇大学,先后于加拿大科学院以及BTG研发中心从事荧光材料、介入药物的研发工作;2014年10月加入澳门大学中华医药研究院,目前研究兴趣主要是中药学、超分子制剂与超分子药学。 http://www.x-mol.com/university/faculty/45874 另一通讯作者李铭源博士毕业于香港中文大学,目前研究兴趣主要是癌症、心血管和神经退行性疾病的生物化学、中药的分子药理学、系统生物学(基因组、转录组、蛋白质组和蛋白质相互作用网络)。 http://www.x-mol.com/university/faculty/49811

来源: X-MOL 2018-08-18

湖北大学Chemial Science:基于MOF的二维纳米反应器合成二维磷材料

自发现石墨烯以来,近几十年来人们对二维(2D)材料进行了广泛的研究。然而,2D材料的合成方法非常有限,主要依赖于在界面模板法、层状晶体剥离法和表面活性剂模板法。这些方法都有局限性。为了满足2D材料领域蓬勃发展的需求,开发新的合成策略是非常有必要的。纳米反应器可用于合成具有纳米反应器本身精确结构的纳米材料,近年来获得了广泛的关注。然而,虽然零维(例如富勒烯)和一维(例如碳管)的纳米反应器已经被人们成功开发出来,但2D纳米反应器依然非常罕见。柱层型MOF是一种具有层状孔隙的晶体材料,理论上,其中的层状孔隙可以用于2D纳米反应器,并且,反应完后,可以拆卸MOF中的配位键将产物释放出来。然而,由于缺乏合适的MOF(比如稳定性低、层板间可渗透、柱太粗等),限制了它们在2D纳米反应器中的应用。 为了利用2D纳米反应器合成2D材料,最近,湖北大学黎明(点击查看介绍)课题组发展了一种新型的柱层单元一体化的配体,并使用该配体与钴离子组装制备了柱层一体化的层封闭型柱层MOF。基于柱层一体化的结构,该MOF在湿空气中具有很高的稳定性。该MOF的层与层之间具有2D空间,从而可以将单体分子局限在该2D纳米反应器之内发生聚合反应生成共价交联的2D网络。聚合反应完成后,使用水将反应器的层拆卸掉,即可得到独立存在的2D材料。基于该思路,该课题组使用白磷作为单体,成功制备了2D磷材料。相关成果发表在Chemical Science 上。 图1. 2D纳米反应器的合成示意图及其制备2D磷材料过程的示意图。(a)由独立的柱单元和层单元构筑的柱层型MOF以及本文柱层一体化配体构筑的柱层型MOF;(b)柱层一体化配体的结构;(c)在2D纳米反应器中制备2D磷材料的具体过程;(d)2D磷材料的结构。 图2. 基于MOF的2D纳米反应器的晶体结构分析。(a)MOF晶体的光学显微镜图。SC-XRD分析:(b)相邻配体之间的配位;(c)紧密配位层的球棒模型;(d)紧密配位层的填充模型;(e)MOF中的纳米反应器和2D纳米反应器中柱之间的距离。 图3. MOF晶体的活化及晶体结构分析。(a)MOF晶体的TG分析;(b)MOF晶体活化前后的SC-XRD分析。 图4. 载磷及聚合反应的表征。(a)MOF(曲线3)、MOF@P4(曲线2)和光照的MOF@P4(曲线1)的拉曼光谱;(b)MOF@P4的P2p的XPS谱;(c)光照后MOF@P4的P2p XPS光谱。 图5. 2D磷材料的形貌、结构及元素表征。(a)部分剥离的光照射后MOF@P4的SEM图及其EDX谱图(插图);(b)完全剥离的光照后MOF@P4的SEM图和P元素的EDX面分布图(插图);(c)2D磷的TEM图和SAED花样(插图);(d)2D磷的HRTEM图。 图6. 2D磷材料的厚度及元素表征。(a)MOF@P4薄片的AFM图像和高度图(插图);(b)MOF@P4薄片的磷元素XPS面扫描图和磷元素的XPS谱图(插图)。 小结 2D材料是近年来全球的研究热点,在光电子、能源、环保等领域的具有广泛的应用前景。然而,2D材料的合成方法却非常有限。该课题组发展的在2D纳米反应器中合成2D材料的新方法将大大拓展2D材料的类型,并且将为其后续应用提供更多的可能。 该论文作者为:Ming Li, Chuang Ma, Xiong Liu, Jun Su, Xiaofeng Cui, Yunbin He 原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文): Synthesis of a 2D phosphorus material in a MOF-based 2D nano-reactor Chem. Sci., 2018, 9, 5912-5918, DOI:10.1039/C8SC01439F 研究团队简介 湖北大学黎明课题组主要从事新型2D材料及的该类材料在电子、能源、环保等方面的应用研究,并且发表了一系列工作。比如,该课题组还首次报道了一种基于氢键的可自修复2D超分子材料(Small, 2017, 13, 1604077, Frontispiece; DOI: 10.1002/smll.201604077)。 http://www.x-mol.com/university/faculty/14252

来源: X-MOL 2018-08-18
明日清晨发布于2018-08-19  0
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可见光促进的小张力环烷醇开环官能团化反应

C-C键活化在有机合成化学中一直是一个具有挑战性的问题。在过去的几十年,通过自由基促进的张力碳环开环反应为选择性断裂C-C键提供了有效策略。最近几年,自由基参与的环丙醇和环丁醇的开环官能团化已经被大量报道,朱晨教授课题组以及其他课题组发表了很多优秀的工作。由于环戊醇、环己醇、环庚醇、十二环醇、十五环醇等小张力环烷醇相较于其它环烷醇环张力更小,碳环更加稳定,开环更具难度和挑战性,因此小张力环烷醇的开环官能团化反应很少有人报道(Scheme 1)。 Scheme 1 基于过去对环丙醇和环丁醇开环官能团化的研究。最近,苏州大学朱晨教授(点击查看介绍)课题组利用可见光催化实现了环戊醇、环己醇、环庚醇、十二环醇和十五环醇等小张力环烷醇开环溴化反应,生成常规方法难以制备的远端溴代脂肪酮。相关研究成果发表在Chem. Sci. 上。 首先,作者以1-苯基环戊醇作为反应底物,NBS作为溴源,PIDA作为氧化剂,加入光催化剂在14W 蓝色LEDs的照射下进行了条件筛选,最终以78%的产率得到目标产物。随后,作者考察了底物的适用性(Scheme 2),首先,考察了各种环戊醇的开环溴化反应。通常,缺电子的芳基取代的环戊醇在反应中以较好的产率生成δ-溴代脂肪酮,取代基的位置变化不会影响反应的进行。由于NBS的亲电性,电子密度较大的芳基取代的底物只能得到微量产物,但是可以通过在芳环上引入额外的吸电子基团调节电性而使反应顺利进行。该方法也同样适用于二级脂肪溴化物的制备。接下来,作者对环己醇的开环溴化进行了更广泛地研究。除了已经考察的官能团之外,其它基团如氰基和酯基也可以兼容,生成相应的产物。除了芳基取代的环己醇之外,烷基取代的环己醇也可以进行反应生成远端溴代二脂肪酮。当环己醇上具有多个取代基时,反应也可以顺利进行,生成烷基取代的溴代脂肪酮。在光照的条件下,苄位的氢很容易与NBS发生溴代反应。于是作者在反应体系中加入4倍量的NBS,甲苯取代的芳基环己醇会发生三重溴化,以中等产率得到在苄基和远端位置同时被溴化的产物。以1, 4-环己二酮制备的底物在开环溴化后通过进一步脱溴化氢生成了不饱和的1, 4-二酮。该反应同样适用于环庚醇、十二环醇和十五环醇的开环溴化反应。 Scheme 2 为了体现该反应的实用性,作者将开环溴化产物通过亲核取代或交叉偶联经一步或两步转化得到一系列其他有用的化合物(Scheme 3)。 Scheme 3 氟哌啶醇是一种广泛用于治疗精神分裂症和图雷特综合征的市售抗精神病药物。在获得一系列远端溴代脂肪酮后,作者以高产率完成了氟哌啶醇类似物的制备,目前正在对其生物活性进行测试(Scheme 4)。 Scheme 4 该方法也适用于小张力的环烷醇的开环氰基化和炔基化反应。在相似的反应条件下,1-苯基十二环醇可以顺利地转化为远端氰基或炔基取代的脂肪酮,提供了一种快速构建远端C-C键的方法(Scheme 5)。 Scheme 5 总结 朱晨教授课题组通过可见光催化实现了小张力环烷醇开环溴化反应,该反应不仅适用于环戊醇,对于环己醇、环庚醇、十二环醇、十五环醇都可以顺利开环得到远端溴代脂肪酮。产物的C-Br键能快速构建C-N键、C-I键、C-B键和C-C键,经一、两步反应方便地转化为其他有价值的化合物,为有机合成和医药合成提供有用的中间体。该方法也同样适用于小张力环1-苯基十二环醇的开环氰基化和炔基化反应,为构建远程C-C键提供了一种简单高效的方法。 该论文作者为:Dongping Wang, Jincheng Mao, Chen Zhu 原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文): Visible light-promoted ring-opening functionalization of unstrained cycloalkanols via inert C–C bond scission Chem. Sci., 2018, 9, 5805–5809, DOI: 10.1039/C8SC01763H 导师介绍 朱晨 http://www.x-mol.com/university/faculty/12885

来源: X-MOL 2018-08-18

脱保护引发糖聚合物自组装(DISA):原位糖脱保护引发囊泡形貌转变和免疫激活

在糖化学中,糖的保护与脱保护是糖合成中最为常见的手段,被广泛用于复杂寡糖、含糖单体和相应的糖聚合物的合成制备。但是,长期以来糖相关的脱保护反应并未应用于自组装领域。复旦大学高分子科学系陈国颂-江明课题组在近期研究中注意到了糖分子在脱保护反应前后亲疏水性发生巨大转变,提出和实现了利用糖分子的脱保护反应来作为自组装(Deprotection-Induced glycopolymer Self-Assembly, DISA)的新驱动力,诱导含糖嵌段共聚物自组装。在有机溶剂THF中,糖的脱保护反应和糖聚合物自组装在溶液中先后发生,大大简化了组装过程。他们还进一步利用不同保护基脱除速率的差别,实现了对组装体形貌的动力学或热力学调控。相关成果前期发表在ACS Macro Lett. 和Macromolecules 上。 脱保护反应使得糖分子上的羟基得以暴露。在糖生物学中,细胞表面的糖分子参与了细胞粘附、细胞识别、细胞分化等多种生命过程。作为DISA研究的重要进展,最近他们构筑了含糖嵌段带有保护基的响应性聚合物囊泡,并研究了水相体系中脱保护反应引发的形貌转变和免疫激活,展示了脱保护反应在生物体系环境中的应用价值。该聚合物囊泡以PEG为壳,带有乙酰基保护的糖嵌段为囊泡壁。水溶液体系中囊泡的原位脱保护带来含糖嵌段亲疏水性的巨大转变,囊泡由此向胶束、复合胶束、片层等形貌转变。重要的是,他们发现脂肪酶可以代替化学试剂成功引发囊泡脱保护及形貌转变,该过程还伴随着所负载分子的有效释放。由于细胞的溶酶体中含有大量脂酶,他们发现,当包载有抗原的糖聚合物囊泡被树突状细胞(DC)摄取后,在溶酶体自身脂酶的作用下,囊泡在溶酶体中实现了细胞内的酶促脱保护和形貌转变。这时,暴露的模型糖分子(半乳糖)和形貌转变过程中所释放的抗原蛋白质协同作用,促进了DC的成熟并显著提升了其对T细胞抗原提呈的效率,促进了T细胞的特异性激活,显示了其抗原递送和免疫佐剂的双重功能。该囊泡以具有良好生物相容性的PEG为壳,同时对糖的预保护避免了到达溶酶体前不必要的免疫激活。由于乙酰化是蛋白质的一种常见翻译后修饰,更加提升了该方法的生物相容性,使得这种新颖的响应性糖聚合物囊泡有望在免疫治疗中发挥作用。 相关研究成果已在J. Am. Chem. Soc. 上正式发表。复旦大学高分子科学系、聚合物分子工程国家重点实验室为第一单位,该系博士生齐文静为第一作者,陈国颂教授为通讯作者。上述研究得到了国家自然科学基金委的资助。 该论文作者为:Wenjing Qi, Yufei Zhang, Jue Wang, Guoqing Tao, Libin Wu, Zdravko Kochovski, Hongjian Gao, Guosong Chen*, Ming Jiang 原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文): Deprotection-induced morphology transition and immuno-activation of glyco-vesicles: a strategy of smart delivery polymersomes J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 8851–8857, DOI: 10.1021/jacs.8b04731 陈国颂教授简介 陈国颂,复旦大学高分子科学系教授。2006年于南开大学取得博士学位,2006-2008年在美国爱荷华州立大学进行博士后研究,2009年1月起就职于复旦大学高分子科学系,2014年晋升为教授,博士生导师。研究方向主要为:基于糖-蛋白质相互作用的蛋白质精确自组装,基于糖的大分子组装体的免疫学功能以及糖化学反应驱动的大分子自组装等。近五年以通讯作者在J. Am. Chem. Soc., Nature Communications, Angew. Chem.和 Adv. Mater.等国际知名化学期刊上发表论文近40篇。所发表文章多次被J. Am. Chem. Soc.等杂志选为封面, 发表在ACS Macro Letters上的文章被评为ACS Editors' Choice。自2013年先后获得国家自然科学基金委优秀青年基金、上海市教委“曙光学者”、上海市科委“启明星”计划等人才项目的资助。2017年起被选为英国皇家化学会会士(FRSC),任Polymer Chemistry, Bioconjugate Chemistry, Polymer International 和Journal of Macromolecular Science, Part A 的国际顾问编委。2018年2月起任美国化学会ACS Macro Letters副主编。所获奖励包括ACS PMSE Young Investigator Award, 冯新德高分子奖、复旦大学港爱奖教金、第18届诺贝尔奖获得者大会入选奖等。 http://www.x-mol.com/university/faculty/45872

来源: X-MOL 2018-08-18

多进制二维光电存储器

二维原子层材料由于具有独特的电子以及光电性质,在最近几年被广泛的研究。二维原子层结构可以使其免于短沟道效应,并且其机械硬度和结构平展性可以使其整合入柔性和可穿戴电子设备中。二维材料的光电探测器已经被广泛报道,但是其非挥发性光电存储器被研究的还较少。二维CuIn7Se11 被最先用于光电存储器中,然而其存储时间只有50 s,并且开关比率小于10。单层的MoS2也被用于光电存储器中,其表现出优异的存储时长,接近104 s。但是,其开关比率只有4700,限制了其存储容量。除了单个二维材料,二维材料的异质结也被用于光电存储器中。垂直异质结graphene/MoS2表现出光电存储性能,然而其开关比率也只有接近2。 近日,新加坡国立大学的陈伟教授(点击查看介绍)和中国科学院长春光学精密机械与物理研究所的刘雷教授(点击查看介绍)合作报道了通过WSe2和BN的异质结,可以实现非挥发性多进制的光电存储器。通过调节器件的栅极电压,存储器的开关比率可以达到1.1x106。其优异的开关比率保证了130个可区分的存储态,存储进制数达到7。WSe2/BN 光电存储器表现出强劲的非挥发性,当测试时间达到4.5x104 s时,其存储态仍然几乎保持原来的存储电流。WSe2/BN 光电存储器也可以被任意的编程和擦除,器件通过了200次编程/擦除,发现存储器仍然可以保持原有的状态。WSe2/BN光电存储器对不同波长的光存储效率不同,说明其对光波长的分辨能力。作者也通过生长的大面积CVD WSe2 实现了阵列的WSe2/BN 像素点记录三原色(红、绿、蓝)。通过选择性的曝光这些像素点,WSe2/BN阵列光电存储器可以记录下特定的图形。这一成果近期发表于Nature Communications, 文章的第一作者是新加坡国立大学化学系向都、刘陶,通讯作者是陈伟教授。 通过图1可以看出,当WSe2/BN存储器处于负向栅极电压以及光照射的条件下,可以被编程,电子可以存储于WSe2中。编程完成后,可以在无光环境以及正向栅极电压下读取存储的电流。当在器件上加上正向栅极电压并且光照射器件时,存储电流可以被擦除,存储器回到初始状态。 图1. WSe2/BN 光电存储器的工作原理。(a)WSe2/BN 异质结器件结构图。(b)WSe2场效应晶体管的转移特性曲线。(c)光电存储器的操作流程。存储器的编程(d)、读取(e)、擦除(f)能带结构图。 通过调节WSe2/BN存储器的栅极电压,存储器的开关比率可以实现有效的调控。其开关比率最高可以达到1.1x106,优于目前所报道的所有二维材料光电存储器。当测试时间达到4.5x104 s时,其存储电流仍然几乎保持不变,说明存储器优异的非挥发性能。存储器可以被编程/擦除200循环,其存储性能也保持不变。 图2. 编程电压可调的WSe2/BN 光电存储器以及其稳定性测试。(a)在不同编程电压下的转移特性曲线。(b)存储态随编程电压的变化。(c)存储电流和编程电压的函数图。(d)存储电流的保持时间。(e)读取/擦除循环次数。 通过激光脉冲照射在器件上,作者实现了130个可区分的存储态,说明WSe2/BN 光电存储器可以存储至少7个进制,表明其高存储容量。 图3. 130个可区分存储态。 WSe2/BN 光电存储对于不同波长的光有不同的编程效率,当光子能量小于2.6 eV时,其编程效率较低,高于2.6 eV时,编程效率会有显著的提升。造成这一现象的主要原因是BN的施主能级主要分布在2.6 eV以及以下。 图4. WSe2/BN 光电存储器对波长的区分能力。(a)不同波长下的存储态。(b)存不同波长的转移特性曲线。(c)不同波长下的编程效率。 通过大面积的CVD WSe2,作者实现了WSe2/BN异质结的像素阵列。通过选择性的曝光这些像素点,WSe2/BN阵列光电存储器可以记录下特定的图形。 图5. WSe2/BN 光电存储器的像素阵列。(a)像素阵列的SEM图。(b)像素阵列记录下特定的图形NUS。 总结 在这个工作中,陈伟教授通过WSe2和BN的异质结,实现了非挥发性多进制的光电存储器。存储器的开关比率可以达到1.1x106,保证了130个可区分的存储态,存储进制数达到7。WSe2/BN 光电存储器也表现出强劲的非挥发性和可编程性,当测试时间达到4.5x104 s时,其存储态仍然几乎保持不变。经过200次编程/擦除后,存储器仍然可以保持原有的状态。作者也通过生长的大面积CVD WSe2 实现了阵列的WSe2/BN 像素点记录三原色(红、绿、蓝)。通过选择性的曝光这些像素点,WSe2/BN阵列光电存储器可以记录下特定的图形。这些结果表明了二维WSe2/BN 异质结在未来光电存储器的巨大应用前景。 该论文作者为:Du Xiang, Tao Liu, Jilian Xu, Jun Y. Tan, Zehua Hu, Bo Lei, Yue Zheng, Jing Wu, A. H. Castro Neto, Lei Liu, Wei Chen 原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文): Two-dimensional multibit optoelectronic memory with broadband spectrum distinction Nat. Commun., 2018, 9, 2966, DOI: 10.1038/s41467-018-05397-w 导师介绍 陈伟 http://www.x-mol.com/university/faculty/4358 刘雷 http://www.x-mol.com/university/faculty/49809

来源: X-MOL 2018-08-18

Science爆料:FDA顾问先评审,制药公司后“撒钱”

写在前面的话:作为一个科班出身又对制药行业抱有极大兴趣和敬意的撰稿人,大部分时候我赞同制药行业为人类的健康和生命做出了伟大的贡献。但随着阅历的增加,我越来越倾向于把制药行业视为一个普通的行业,它的道德光环并不真实,本质仍然是商业活动。既然是商业,就无法避免灰色地带和隐秘的利益链条。这篇故事就是一个很好的例子。 美国食品药品监督管理局(FDA)被公认为各国药品审批管理部门的标杆。多年来,它的业绩确实不负众望。FDA颁布的法规往往被其他国家参考或照搬,绝大部分新药都选择在美国先上市,除了美国市场的巨大诱惑,FDA的专业素质也功不可没。但世界上没有完美的东西,FDA的制度中也有隐藏的灰色地带。 美国FDA。图片来源于网络 FDA审批一款新药是否可以上市的流程非常复杂,今天我只关注最后一步。当一款药物1至3期临床结果全部通过,毒性测试通过,各项生产条件完备,制药公司会向FDA提交上市申请。FDA会按照严格的标准组织一个顾问小组(委员会)对这款药物进行评审并投票,小组成员通常包括医生、科学家和保护患者权益的代表(patient advocate)[1],投票结果会决定上市申请能否获批——FDA一般都会遵从顾问小组的投票结果,但极少数情况下也会有例外。 可以说,上市申请是制药公司“长途奔袭”后的“临门一脚”,而FDA顾问小组就是“守门员”。理论上只有高质量的射门才可以得分,可是,万一“守门员”不合格或者不想合格,那怎么办? 稍有社会经验的人都能想到,顾问小组一定是制药公司重点公关的对象。投票之前塞钱,帮帮忙投个“同意”?太老套了,FDA早有防范,这招很难成功。但制药公司相当聪明,事前不行,那就事后呗。只要顾问们相信这种心照不宣的“许诺”,就知道该怎么选择。 图片来源:STEPHAN SCHMITZ / Science [2] 这可不是我信口雌黄,Science 最近做了一项调查 [2-3],揭露了制药公司和某些FDA顾问间的这点秘密。 Science 的调查对象是2008年至2014年间FDA批准的28种药物背后的制药公司和参与评审投票的107位医生顾问。数据来源有两个:一个是美国医疗保险和医疗补助服务中心的“Open Payments”网站 [4],一个是可公开获取的学术著作中披露的信息。其中,“Open Payments”是美国的一项国家信息披露计划,向公众提供医疗保健系统中各方(制造商、采购方、医生、医院等)之间的经济关系来提升透明度 [5]。这项计划原本应该不是专为药物审批过程而设计,用于支持本次调查稍微有点“意外”。 Science 的调查结果表明,这107位FDA顾问在参与过一款药物的评审后,有不少人都能收到制药公司或其竞争对手的钱。这也不奇怪,提交药物上市申请的制药公司当然是希望FDA顾问们投赞成票,而他们有类似产品的竞争对手——当然也是制药公司——明显更想要反对票。也就是说,并不是只有投赞成票的顾问们有可能会在投票后收到好处,那些投反对票的也是一样。给钱的方式也有多种:有些是以科研经费的名义,直接支持那些顾问或者通过其所在机构间接支持;有些则是报销私人的差旅费,支付咨询费,或者干脆就是酬金。人数和金额都相当惊人 [2]: • 这107名FDA医生顾问中,在投票后的4年内有40人获得过超过1万美元以上的事后收入或研究支持;有26人超过10万美元;更有7人超过100万美元。这些钱来自所评审药物的制造商或其竞争对手。 • 其中17名收入最高的顾问,共收到2600万美元的个人收入或研究支持,平均每人30万美元。 • 收入最高顾问中的大部分人以及很多其他顾问在为FDA提供咨询服务的同一年或前一年就从相关制药公司获得了资金。这些信息由学术期刊披露,而不是FDA。 当然,也有41人是“清白”的,这次调查没有发现他们收过与所评审药物有关联的钱。 图片来源:(GRAPHIC) J. YOU/SCIENCE; (DATA) CENTERS FOR MEDICARE & MEDICAID SERVICES/OPEN PAYMENTS [2] Science 这项调查除了总体情况的分析之外,还指名道姓地给出了具体的案例。这里仅选择其中两个,拿给诸位看看。 Brilinta案例 Science 的调查结果表明,阿斯利康(AstraZeneca)的心血管疾病药物Brilinta于2011年7月最终获得FDA批准后的几年内,阿斯利康向参与投票的FDA顾问、西奈山伊坎医学院的心脏病专家Jonathan Halperin支付或报销了20万美元的住宿费、酬金和咨询费,这还不算另外200万美元的研究经费 [2]。要知道Brilinta的上市之路并不顺利,几经起伏,此前在2010年12月这款药物的上市申请恰恰被FDA驳回 [6]。当然,这次的批准也有条件,FDA要求阿斯利康在Brilinta的产品标签上加上“黑框警告”(FDA最高级别的警告),明示其严重出血风险及与阿司匹林联用时效果降低的可能性 [7]。动辄砸出数十万甚至数百万美元,制药公司当然有底气,阿斯利康2017年年报显示,Brilinta仅在当年的销售额就高达10.79亿美元 [8]。数十万甚至数百万美元,与十亿的年销售比起来,也就是九牛一毛而已。 根据Science 的调查结果,四位2010年参与Brilinta评审投票的FDA医生顾问,其后接受阿斯利康和其他制药公司的资金情况如下图所示。 图片来源:(GRAPHIC) J. YOU/SCIENCE; (DATA) CENTERS FOR MEDICARE & MEDICAID SERVICES/OPEN PAYMENTS[2] 明尼苏达大学的医学伦理学家Carl Elliott一直严厉批评制药公司与研究者之间的利益关系[9],他也揭露了这种“心照不宣”的默契,“你做了一件对某个制药公司有利的事情,心里想着他们之后肯定会‘意思意思’。而结果呢?他们真的会这样做。”[2] 耐人寻味的是,FDA拒绝了Science 就此项调查的采访要求。一位发言人在一份声明中称,药物评审顾问小组的成员必须披露的是任何可能的“未来雇主”,而不是预期收入。而且FDA也会筛选潜在参与者的关系和情况,确保这些关系不会造成经济利益冲突。而阿斯利康的发言人Karen Birmingham则否认存在向任何顾问输送利益的行为。[2] 另一个当事人Jonathan Halperin同样否认了阿斯利康的巨额研究经费会让他个人受益。他表示那些经费是给杜克大学的,用来支持一项关于Brilinta的重要研究,他在其中的角色不过是数据监督委员会的主席而已。而他本人在2009年对Brilinta批准的建议并未受到阿斯利康或其竞争对手的金钱影响。Jonathan Halperin还说,这种复杂的关系可能就是“专业”的代价,“与其找一群毫无利益冲突的高中生,可能还找一个在该领域有经验的专家更好。”[2] Amjevita案例 虽然FDA对于顾问委员会成员的选择有“利益冲突”方面的要求,但显然目前的制度并不能完全避免利益冲突。 2016年一个FDA顾问委员会投票推荐批准安进(Amgen)的类风湿性关节炎药物Amjevita,FDA也遵从了这次投票的结果。这次批准给安进的竞争对手艾伯维带来了麻烦,Amjevita是艾伯维(AbbVie)的重磅药物Humira的生物类似物[10],专家们也都认为Amjevita将会大卖。 哈佛医学院的风湿病专家Daniel Solomon是Amjevita评审委员会的主席。但FDA和Daniel Solomon都没有公开披露,在评审会议召开前3个月,安进为他提供了23.2万美元的经费,用于研究安进的另一款关节炎药物Enbrel。有意思的是,在会议前1个月,艾伯维也向Daniel Solomon提供了高达81.9万美元的经费,用于一项与Humira有关的研究。[2] Daniel Solomon并不认为这些支持与Amjevita评审有什么利益冲突,他在邮件中表示,这些支持仅仅是业内非常常见的制药公司药物捐赠(drug donations),所属研究是一个NIH支持的研究项目的一部分,他本人也仅仅是这个研究项目中的一个PI。此外,他还称他向FDA披露过这些经费,但没有存底。而FDA则拒绝了信息公开(FOIA)的要求,称这是“对个人隐私明显无理的侵犯”。[2] 更多的数据可以在Science 网站上看到,本项调查的两位执行者Charles Piller和Jia You制作了非常方便的数据可视化工具[2],选择一种药品名称,把鼠标停在线条上,就能看到各制药公司向FDA评审顾问支付的金额。 图片来源:(GRAPHIC) J. YOU/SCIENCE; (DATA) CENTERS FOR MEDICARE & MEDICAID SERVICES/OPEN PAYMENTS[2] 当然,仅通过这些案例以及调查数据,还不能断定FDA是否知道这些潜在的利益冲突,也不能断定那些顾问在评审中的决定是否受到了制药公司的影响。一些学者也认为,把目前这种“顾问先评审制药公司后撒钱”的关系定义为“利益输送”,仅有这些数据还不能令人信服,而且这种关系也没有违背任何法律法规。 有人建议FDA学习欧洲药品管理局(European Medicines Agency)的做法,后者严格禁止顾问小组成员与制药公司发生经济联系,如果有,至少3年内不得参加该公司有关的药物评审会议。这些经济联系包括制药公司提供的演讲费、咨询费或研究经费等。顾问就算是没有直接收到研究经费,在相关研究中挂名也不行,好比之前Jonathan Halperin的数据监督委员会,也在禁止之列。 如果真这么做,专家们选择成为FDA顾问,将更看重这个职位带来的声望,而非可能的经济利益。实际上在Science 调查的百多名顾问中,47人从制药公司获得的钱少于800美元,还有三四十个人根本没有收一分钱。[2] 尾声:制药公司不是慈善机构,制药公司也不是邪恶组织,不要吹也不要黑。这一行也就是一门特殊点的生意,仅此而已。 参考资料: 1.https://www.fda.gov/AdvisoryCommittees/AboutAdvisoryCommittees/CommitteeMembership/default.htm 2.http://www.sciencemag.org/news/2018/07/hidden-conflicts-pharma-payments-fda-advisers-after-drug-approvals-spark-ethical 3.http://www.sciencemag.org/news/2018/07/methodology-fda-adviser-and-staff-investigations 4.https://openpaymentsdata.cms.gov/search/physicians/by-name-and-location 5.https://www.cms.gov/OpenPayments/index.html 6.https://www.webmd.com/heart-disease/news/20101217/fda-rejects-new-blood-thinner-for-now 7.https://www.accessdata.fda.gov/drugsatfda_docs/label/2018/022433s022lbl.pdf 8.https://www.astrazeneca.com/investor-relations/annual-reports/annual-report-2017.html 9. A lonely crusade. Science, 2014, 344, 793-797 10. https://www.fda.gov/NewsEvents/Newsroom/PressAnnouncements/ucm522243.htm (本文由氘氘斋供稿)

来源: X-MOL 2018-08-17
八月的雨季&最后的冰吻发布于2018-08-18  0
确实如此,商人逐利太正常不过了。
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还在认为水热法制备晶体需要看“缘分”?那你该看看这篇

水热合成法(Hydrothermal synthesis)制备晶体过程中,高温高压的水溶液使那些在常规条件下不溶或难溶的物质溶解或通过反应生成该物质的溶解产物,并使其呈过饱和态从而促进结晶生长。在使用水热法合成多晶型无机晶体材料时往往会面对不少挑战,稍微改变合成的参数就会影响晶体的结构。最根本原因是结晶过程中不同的亚稳相晶型之间存在着竞争关系,导致多晶型体的形成过程相当复杂,这也给制备过程带来很多不确定性。有不少同学都感觉水热法制备纳米晶体材料是一个看“缘分”的过程,就是那么一加热,等一段时间,材料要么成了,要么渣了,很难说明白其中机理。 最近,美国SLAC国家加速器实验室的Michael F. Toney、Laura T. Schelhas以及劳伦斯伯克利国家实验室的Gerbrand Ceder等研究者结合实验数据和理论计算,研究了在不同粒径大小、不同浓度的K+和pH条件下多晶型二氧化锰的成核和生长过程,并分析了不同晶型的二氧化锰形成的顺序和存在的时间,最后利用得到的实验结果指导合成了多晶型二氧化锰,为以后利用水合成热法制备不同的金属氧化物晶体材料提供了良好的理论基础。该工作发表在Nature Communications上。 由于二氧化锰具有多种晶型,为了得到特定了晶型结构,有人在制备过程中引入其他离子进行调节,但是这些实验过程还不能被清楚地解释。作者以二氧化锰作为模型,利用原位X射线广角散射(WAXS)和电感耦合等离子体(ICP)表征了水热法制备多晶型无机材料的形成过程,并结合密度泛函等理论解释了形成的机制。在晶体形成时,亚稳相具有低表面能,在颗粒较小的时候是自由能最低的状态。首先形成亚稳相的核,接着亚稳相晶体通过晶体生长降低自由能。因为形成一个新晶核需克服的能量障碍高于晶体生长过程,整体自由能随着晶核尺寸的增加呈下降趋势,晶核的生长过程可以自发完成。当长到一定尺寸时亚稳相晶体不再相对稳定,热力学作用促使亚稳相晶体向平衡相转变,转变时间与亚稳态晶体和平衡相的自由能有关,最终达到最稳定的状态。 晶体从成核到生长的机理图。图片来源:Nat. Commun. 在二氧化锰的制备过程中,不同的晶体结构也会受到碱性离子的影响。例如K+能稳定α-和δ-型二氧化锰晶体,而Li+、Na+和Ca2+能够稳定其他的二氧化锰晶型。在金属氧化物的制备过程中,溶液中其他金属离子的掺入是不可避免的。作者着重研究了不同浓度K+(K+的浓度分别是0、0.2和0.33 M)的条件下多晶型氧化锰的形成过程,溶液的pH为1~2,并利用原位x射线广角散射进行了表征。反应结束之后溶液的氧化还原电势由+1.2 V变为+0.5 V(vs SHE)。在这些制备条件下,作者认为有四种二氧化锰晶型的出现,分别为β-MnO2、α-MnO2、R-MnO2、和δ-MnO2。为了合理分析K+对二氧化锰形成的影响,作者勾画了KxMnO2体系的相图,证明在粒径较小和低钾离子浓度时表面能较低的δ-MnO2和R-MnO2能够使亚稳相稳定,在较高的钾离子浓度条件下δ-K0.33MnO2•0.66H2O,稳定性较好。K+的浓度较低时平衡相是β-MnO2,较高的钾离子浓度条件下二氧化锰的平衡相为α-KxMnO2。 不同浓度K+的条件下KxMnO2体系的相图。图片来源:Nat. Commun. 为了证明该理论能指导水热法合成晶体,在制备二氧化锰的水热反应中(K+的浓度分别是0和0.2 M时),作者突然终止反应,得到的产物结构与原位X射线广角散射的结果一致,并且透射扫描电镜同样也可以证明该结果。这些结果表明可以通过调节反应时间获得不同的多晶型无机晶体材料。 总的来说,本文深入分析了水热合成反应中二氧化锰由成核到生长的过程中不同晶型的转变过程,详细地介绍了不同因素影响材料晶型的机理。最重要的是,该理论能够指导合成一定结构的晶体,为以后利用水热反应制备不同的晶体结构提供了良好的理论基础。 原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文): Understanding crystallization pathways leading to manganese oxide polymorph formation Nat. Commun., 2018, 9, 2553, DOI: 10.1038/s41467-018-04917-y (本文由Sunshine供稿)

来源: X-MOL 2018-08-17
快乐的天使发布于2018-08-18  3
把水热合成二氧化锰研究的这么细致,佩服佩服
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ChemComm 永久性支持作者自行选择”单盲“或“双盲“同行评审

本文获“RSC”授权转载 英国皇家化学会旗下著名的综合化学类期刊ChemComm 自 2017 年 7 月开始尝试实行为期 12 个月的“双盲同行评审” (double-blind peer review)。在此期间,提交稿件的作者可以自由做出评审模式的选择,即可以选择原先的“单盲同行评审”模式,也可以选择新近兴起的“双盲同行评审”模式。 在过去的这 12 个月期间,约 10% 的 ChemComm 论文作者在提交稿件时选择了“双盲同行评审”,其中还有不少作者表示会在下次投稿时继续选择“双盲同行评审”。鉴于此,ChemComm 决定将“双盲同行评审”作为一个永久性的选项;今后作者在投稿时将可以自由选择采用哪种审稿模式。 请注意,选择“双盲同行评审”的作者要确保自己的稿件是完全匿名的(其中不能出现作者信息和单位信息等)。 “单盲”vs“双盲”同行评审 “单盲同行评审” 传统的同行评审模式,评审者的信息对论文作者保密,而评审者知道作者的姓名和单位。 “双盲同行评审” 论文的评审者与作者的信息对双方都是保密的,即作者不知道评审者是谁,而评审者也不知道作者是谁。 无论今后的同行评审模式有何改变,ChemComm 都将继续致力于做化学科学领域内及时发表优质通讯论文的领先刊物,我们也对包括中国科学家在内的作者和审稿人一直以来的支持和肯定表示感谢! 关于 ChemComm Impact factor: 6.290 * Chair: Véronique Gouverneur University of Oxford, UK Associate editors: Penny Brothers The University of Auckland, New Zealand Rachel Caruso University of Melbourne, Australia Steven De Feyter KU Leuven, Belgium Antonio Echavarren Institute of Chemical Research of Catalonia, Spain Daniel Gamelin University of Washington, USA Itaru Hamachi Kyoto University Michael Krische University of Texas at Austin, USA Can Li Dalian Institute of Chemical Physics, China 李灿,中科院大连化物所 Amy Prieto Colorado State University, USA S Ramakrishnan Indian Institute of Science, India Jean-Louis Reymond University of Berne, Switzerland Manfred Scheer University of Regensburg, Germany Jonathan L Sessler University of Texas at Austin, USA Jonathan W Steed Durham University, UK T Don Tilley University of California, Berkeley, USA Yong-Qiang Tu Lanzhou University, China 涂永强,兰州大学/上海交通大学 Sandeep Verma Indian Institute of Technology Kanpur, India Scope: ChemComm (Chemical Communications) is renowned as the fastest publisher of articles providing information on new avenues of research, drawn from all the world's major areas of chemical research. ChemComm publishes 100 issues per year, the first chemistry journal to do this, resulting in even faster times to publication and increased visibility. * 2017 Journal Citation Reports ® (Clarivate Analytics, June 2018)

来源: X-MOL 2018-08-17

相得益彰:兼具激发态分子内质子转移(ESIPT)和热激活延迟荧光(TADF)特性的发光材料

激发态分子内质子转移(ESIPT)发光材料通常具有斯托克斯位移大、双发射和发光对环境敏感等特性,受到科学家的高度关注。在过去几年中,ESIPT发光材料在荧光成像、分子逻辑开关以及紫外线防护等众多领域中发展迅速。但是在光电子器件,特别是有机发光二极管(OLED)方面的应用却面临着严峻的挑战。这主要是由于传统的ESIPT发光材料的固态发光量子产率低、发光机理复杂和激子利用率低,致使基于此类发光材料的OLED性能长期以来难以获得突破。 图1. 新型ESIPT材料的器件外量子效率-亮度曲线及其激发态动力学过程的示意图。图片来源:J. Am. Chem. Soc. 近日,武汉大学的杨楚罗教授(点击查看介绍)、龚少龙副教授(点击查看介绍)团队利用β-二酮作为新型电子受体单元,将热激活延迟荧光(TADF)的发光机制引入ESIPT发光材料中,构筑了两种新型的ESIPT发光材料。通过在ESIPT发光材料中开辟TADF发光通道,他们有效地将TADF发光材料固态发光量子产率高、荧光寿命长和激子利用率高的特性融入到ESIPT发光材料中,有效弥补了传统ESIPT发光材料的不足之处。他们与中科院物理与数学研究所的张嵩副研究员合作,发现ESIPT发光材料的动态质子转移特性能够有效提升TADF发光通道中三重态激子上转换到单重态能级这一关键步骤的效率,从而进一步提升材料的发光特性。他们还与云南大学吕正红教授团队合作,基于此类新型ESIPT发光材料构筑的黄光和绿光OLED分别获得了高达18.8%和23.9%的外量子效率(图1),这是迄今为止报道的基于ESIPT发光材料的最高值。这一发现为高效ESIPT发光材料的开发提供了全新的思路。 图2. PXZPDO、DMACPDO、PXZDMePDO和DMACDMePDO的(a)化学结构、(b)高斯模拟优势构象、(c)HOMO/LUMO分布以及(d)PXZPDO和PXZDMePDO的单晶结构。图片来源:J. Am. Chem. Soc. 图3.(a)PXZPDO和(b)DMACPDO的激发态能级S1与T2以及S2与T1之间能级差随羟基氢位置变化的曲线。图片来源:J. Am. Chem. Soc. 在分子设计方面,他们巧妙地将对称的TADF分子设计骨架D-π-A-π-D与具有ESIPT特性的电子受体单元β-二酮相结合,采用不同的电子给体单元,构建了两种新型的烯醇式ESIPT分子(图2)。这种分子设计策略不仅可以简化ESIPT分子的发光机制,而且可以引入很强的分子内电荷转移态,从而有利于实现质子转移和电荷转移的共存。同时,他们还构建了两种酮式的类似分子进行对比。理论模拟表明(图2和3),烯醇式目标分子的El-Sayed规则允许的系间交叉激发态能级S1与T2以及S2与T1之间的能级差会随着质子转移而动态变化。当质子转移到两个氧原子的中间位置时,T1与S2之间的反向系间窜越(RISC)能垒降至最低。同时,S1和S2以及T1和T2呈简并态,为三重态激子开辟了一条新的RISC通道(T2→S1),从而有利于进一步提升RISC速率。 图4.(a)化合物在10-5 M甲苯溶液中的紫外-可见吸收光谱和荧光光谱以及(b)1 wt.% PXZPDO或PXZDMePDO、6 wt.% DMACPDO或DMACDMePDO掺杂的CBP薄膜的室温(300 K)光致发光光谱和低温(77 K)磷光光谱。图片来源:J. Am. Chem. Soc. 图5.(a)PXZPDO和(b)DMACPDO在甲苯溶液中用400 nm脉冲激光激发后的飞秒时间分辨瞬态吸收光谱。图片来源:J. Am. Chem. Soc. 图6. 1 wt.%(a)PXZPDO或(b)PXZDMePDO以及6 wt.%(c)DMACPDO或(d)DMACDMePDO掺杂的CBP薄膜在100-300 K的变温瞬态荧光衰减曲线。内插图:(a)PXZPDO、(b)PXZDMePDO、(c)DMACPDO以及(d) DMACDMePDO在除氧和氧饱和甲苯溶液中的瞬态荧光衰减曲线。图片来源:J. Am. Chem. Soc. 他们采用稳态和瞬态光物理以及飞秒和纳米瞬态吸收光谱测试了这些发光分子的光物理性能和激发态特性(图4-6)。这些研究表明,烯醇式的发光分子PXZPDO和DMACPDO兼具ESIPT和TADF特性。与酮式对比分子相比,具有动态ESIPT特性的烯醇式发光分子获得了更优异的发光性能:更高的荧光量子产率和更快的RISC速率。这一结果表明,ESIPT过程对于这些分子的TADF发光特性具有一定的促进作用,与此前理论模拟的结果基本一致。 图7.(a)OLED使用材料的能级结构图;(b)OLED使用材料的化学结构;(c)OLED的电流密度-电压-亮度曲线;内插图:驱动电压为7 V时的电致发光光谱;(d)OLED的外量子效率-亮度曲线。图片来源:J. Am. Chem. Soc. 基于这些新型的发光材料,他们构筑了多层的真空蒸镀OLED器件(图7)。电致发光性能测试表明,具有ESIPT特性的烯醇式发光分子获得了比酮式的对照分子更优越的器件性能。其中,基于PXZPDO的黄光器件和基于DMACPDO的绿光器件的最大外量子效率分别达到了18.8%和23.9%。这是迄今为止报道的基于ESIPT发光分子的最高值。 此项工作为高效ESIPT发光分子的设计开发及其在光电子器件中的应用提供了一条切实可行的崭新思路。相关成果发表在化学领域的著名期刊Journal of the American Chemical Society 上,论文的第一作者为武汉大学的博士研究生吴凯龙,武汉大学为第一完成单位,论文的共同通讯作者为武汉大学的龚少龙副教授、杨楚罗教授,云南大学的吕正红教授和中科院物理与数学研究所的张嵩副研究员。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划和湖北省自然科学基金等项目的资助。 该论文作者为:Kailong Wu, Tao Zhang, Zian Wang, Lian Wang, Lisi Zhan, Shaolong Gong, Cheng Zhong, Zheng-Hong Lu, Song Zhang and Chuluo Yang 原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文): De Novo Design of Excited-State Intramolecular Proton Transfer Emitters via a Thermally Activated Delayed Fluorescence Channel J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 8877, DOI: 10.1021/jacs.8b04795 导师介绍 杨楚罗 http://www.x-mol.com/university/faculty/13556 龚少龙 http://www.x-mol.com/university/faculty/49806

来源: X-MOL 2018-08-17

如何突破微藻水热转化瓶颈?加点酸!

微藻是一类单细胞的水生光合微生物,可以短时间内在细胞内合成大量的碳水化合物和油脂。通过有效控制微藻的生长环境条件并进行适应性进化,辅以现代生物学手段可将其选择性培育为富含碳水化合物或富含油脂的特殊微藻。其中,富糖微藻的主要成分是以葡萄糖、甘露糖为主的小分子糖组成的淀粉或低聚糖,可以通过水热催化经加氢、脱水和水解等反应转化为多元醇(Green Chemistry, 2015, 17, 2538-2544;ZL 201410092469.2)、五羟甲基糠醛(Green Chemistry, 2016, 18, 452-460; ZL 201510520140.6)、乳酸(CN107827727A;CN106831391A)等重要的含氧化学品。富糖微藻中的糖类水热转化的瓶颈在于如何避免其在高温条件下的不可逆的自团聚,生成的聚合物难以得到有效利用;同时水热条件也对催化剂的稳定性以及选择性提出了很高要求。此外,由于富糖微藻细胞表面有一层厚厚的细胞壁,所以在对其转化前往往需要进行机械研磨等预处理,预处理过程原料的耗损较大,大幅度提高了微藻利用的成本。 近日,中国科学院低碳转化科学与工程重点实验室孔令照(点击查看介绍)和孙予罕(点击查看介绍)团队通过向富糖微藻“一锅法”水热催化体系中加入少量甲酸来制备乳酸,甲酸有效的诱导了微藻细胞壁的破裂并缓慢释放出糖类,糖类再在Sn-Beta催化剂的催化下水解为乳酸,葡萄糖的转化率达到100%,乳酸的收率高达83.0%,相对于以相当浓度的葡萄糖为底物提高了近20%。 在研究中作者发现,自主制备的能够有效催化葡萄糖转化为乳酸的Lewis酸催化剂Sn-Beta催化剂在微藻水热制取乳酸的反应中催化效果不佳,这可归因于微藻细胞复杂的细胞结构,其外部有一层主要成分为纤维素得细胞壁,而所制备的Sn-Beta催化剂作为一种Lewis酸并不具备有效催化水解纤维素的能力。基于此,作者设想利用廉价易得的小分子有机酸甲酸来破坏细胞壁,从而释放出糖类使其可以与充分Sn-Beta接触。在无甲酸加入的情况下,富糖微藻能发生部分水解,其主要产物为5-羟甲基糠醛(5-HMF),这是一种在水热条件下容易获得的葡萄糖水解产物,而乳酸的产率仅为7.3%。在加入甲酸后,乳酸收率提高到了83.0%,甚至要高出以相同浓度的葡萄糖为底物时的收率约20%。而且,体系中基本没有糖类水解副产物,说明甲酸的加入不仅有利于微藻中糖类的释放,还一定程度上避免了糖类水解的副反应。为了探究甲酸诱发水解微藻的反应机制,作者对甲酸加入后反应体系的葡萄糖浓度进行了监测。研究发现,在不加入甲酸的实验中,葡萄糖浓度始终维持在非常低的水平(不超过0.5g/L);加入甲酸后,体系葡萄糖浓度有了明显的提升,其中最高可达1.7g/L左右,但此浓度相对于以葡萄糖为底物时仍然较低。因此,作者基于此提出了甲酸诱导的微藻“缓释”水解概念,甲酸的加入使微藻细胞壁逐渐破坏并缓慢释放出葡萄糖,体系内的葡萄糖浓度在反应时间内维持在一个相对稳定且适中的水平,较低的葡萄糖浓度不仅有利于Sn-Beta分子筛的有效接触,避免其生成5-HMF副反应的发生,同时低浓度还可大大减少其发生自团聚的概率,一举多得。 总结:在富糖微藻水热催化反应体系中加入少量甲酸,不仅节省了原料预处理步骤,还利用了富糖微藻细胞本身类似“微胶囊”的结构,使其在化学反应中出现“缓释”的独特效果,实现了富糖微藻利用的高效高选择性,为富糖微藻以及生物质转化提供了全新的思路。 这一成果近期发表在ChemSusChem 上,并被选为 Cover Feature;文章的第一作者是中科院上海高等研究院与上海大学联合培养的硕士研究生昝逸凡,通讯作者是孔令照研究员、李圣刚研究员和孙予罕研究员。 该论文作者为:Yifan Zan,Yuanyuan Sun, Lingzhao Kong, Gai Miao, Liwei Bao, Hao Wang, Shenggang Li, Yuhan Sun 原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点击查看原文): Formic Acid-Induced Controlled‐Release Hydrolysis of Microalgae (Scenedesmus) to Lactic Acid over Sn-Beta Catalyst ChemSusChem, 2018, 11, 2492-2496, DOI: 10.1002/cssc.201801087 导师介绍 孔令照 http://www.x-mol.com/university/faculty/49805 孙予罕 http://www.x-mol.com/university/faculty/26703 李圣刚 http://www.x-mol.com/university/faculty/21455

来源: X-MOL 2018-08-17
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